Laminar sorption and swelling theory for wood and cellulose

Summary The known requirements for the sorption and swelling of wood are reviewed. These are shown to be compatible, in the case of softwoods, with the following simplified model. The fibers are continuous with either rectangular or circular cross sections and lumen of the same shape with a constant size. The fiber walls consist of concentric lamina made up of small repeating units 100 Å by 100 Å, consisting of a microcrystalline core surrounded by an amorphous sheath. All sorption and swelling occurs at the surfaces of or within the amorphous sheath. The major portion of the sorption and swelling is inter-laminar with just sufficient intra-laminar sorption and swelling to avoid laminar distortion. Calculations give the generally accepted internal sorption surface for water of about 200 square meters per gram. The portion of the total sorption that is intra-laminar varies from 5 ... 20 percent in going from wood with a specific gravity of 0.3 ... 1.0. Thickness of sorption in water molecules per sorption site vary from 6.1 ... 4.9 for inter-laminar sorption and 0.35 ... 1.35 for intra-laminar sorption in going from wood with a specific gravity of 0.3 to one of 1.0. Similar values are obtained from experimental swelling data where lumen cross sections change. Similar calculations for super swelling of wood and pulps show that laminar separations may become sufficiently great to be microscopically visible. The calculations show that bound water fiber saturation points for wood normally fall in the range of 25 ... 40 percent. Super swollen wood, chemically isolated fibers and beaten fibers may as a result of reduced restraints have fiber saturation points greater than 150 percent. The latter are attributed to dispersion or diffusion forces rather than the conventional bound water forces of hydrogen bonding for intact wood.

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Zusammenfassung Die bekannten Bedingungen für die Sorption und Quellung von Holz werden erörtert. Sie sind auf Nadelholz unter Anwendung des folgenden, vereinfachten Modells anwendbar. Die Fasern sind durchgehend und haben rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt, mit Zellhohlräumen gleicher Form und konstanter Größe. Die Faserwände bestehen aus konzentrisch angeordneten Schichten, die wiederum aus kleinen, sich wiederholenden 100 ×100 großen Einheiten zusammengesetzt sind; diese wiederum bestehen aus einem mikrokristallinen Kern, umgeben von einer amorphen Auflagerung. Alle Sorptions- und Quellungsvorgänge finden an der Oberfläche oder innerhalb dieser amorphen Auflagerung statt; sie spielen sich in der Hauptsache in der Schicht selbst ab (inter-laminar), jedoch findet genügend Zwischenschicht-Sorption und-Quellung (intra-laminar) statt, um Verformungen der Schichten zu vermeiden. Durch Berechnung erhält man die allgemein anerkannte Größe der inneren Sorptionsfläche für Wasser von etwa 200 m²/g. Der Anteil der intra-laminaren Sorption an der Gesamtsorption schwankt zwischen 5 und 20% bei Holz mit Rohdichten von 0.3 bis 1.0. Die Schichtdicke der sorbierten Wassermoleküle je Sorptionsstelle liegt für inter-laminare Sorption zwischen 6.1 und 4.9, und für intra-laminare Sorption zwischen 0.35 und 1.35 bei Holz mit Rohdichten zwischen 0.3 bis 1.0. Ähnliche Werte ergaben sich aus experimentell ermittelten Quellungsdaten bei Zellhohlräumen mit sich änderndem Querschnitt. Vergleichbare Berechnungen der Super-Quellung des Holzes und des Zellstoffes zeigen, daß laminare Abtrennungen so groß werden können, daß sie mikroskopisch sichtbar werden. Sie zeigen ferner, daß die Fasersättigungspunkte bei gebundenem Wasser meist zwischen 25 und 40% liegen. Extrem gequollenes Holz, chemisch herausgelöste und gemahlene Fasern können aufgrund verringerter Behinderung Fasersättigungspunkte über 150% erreichen. Diese letztere Erscheinung ist eher den Dispersions- oder Diffusionskräften zuzuschreiben als den Kräften aus Wasserstoffbrücken des gebundenen Wassers im intakten Holz.

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Paper No. 2743 of the Journal Series of the N. C. State University Agricultural Experiment Station, Raleigh, North Carolina.

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Anselme Payen award paper of the Cellulose, Wood and Fiber Div., Am. Chem. Soc. presented at their 156th National Meeting in Atlantic City, New Jersey, September, 1968.     

Thermal optima of photosynthetic functions and thermostability of photochemistry in cork oak seedlings

Temperature effects on photosynthesis were studied in seedlings of evergreen Mediterranean cork oak (Quercus suber L.). Responses to changes in temperature and the temperature optima of maximal carboxylation rate (V(cmax)) and maximal light-driven electron flux (J(max)) were estimated from gas exchange measurements and a leaf-level photosynthesis model. The estimated temperature optima were approximately 34 and 33 degrees C for V(cmax) and J(max), respectively, which fall within the lower range of temperature optima previously observed in deciduous tree species. The thermostability of the photosynthetic apparatus was estimated according to the temperature at which basal chlorophyll a fluorescence begins to increase (T(c)). The T(c) was highly variable, increasing from 42 to 51 degrees C when ambient temperature rose from 10 to 40 degrees C, and increasing from 44 to 54 degrees C with decreasing soil water availability while net CO(2) assimilation rate dropped to almost zero. When a heat shock was imposed, an additional small increase in T(c) was observed in drought-stressed and control seedlings. Maximal T(c) values following heat shock were about 56 degrees C, which, to our knowledge, are the highest values that have been observed in tree species. In conclusion, the intrinsic temperature responses of cork oak did not differ from those of other species (similar T(c) under ambient temperature and water availability, and relatively low thermal optima for photosynthetic capacity in seedlings grown at cool temperatures). However, the large ability of cork oak to acclimate to drought and elevated temperature may be an important factor in the tolerance of this evergreen Mediterranean species to summer drought and high temperatures.     

Penetration of hardwoods by liquids

Summary Oven dry highly evacuated sticks of the sapwood of various hardwoods, 40 cm long by 1.0 to 1.2 cm in the radial and tangential directions, took up water to the extent of 44 to 82% of saturation by capillary flow in one minute. Heartwood sticks took up 15 to 38% of saturation in one minute. The initial rapid penetration was followed by a penetration in which the take up increase directly with the square root of elapsed time. In this range, the slope of toluene take up plots was about twice that of the water take up. This is close to the theoratical value on the basis of viscous flow control. The linear portion of the plots is followed by a curvilinear decrease in rate of take up to a final equilibrium value. Water take ups approached 100% of the theoretical values.Times to 0.99 of theoretical filling with water varied from 9 minutes for tupelo gum sapwood to 14.6 to 17.3 days for white oak heartwood. Complete filling with toluene was never attained. Diffuse porous hardwoods filled to the extent of 93.5 to 96.5% of saturation. Ring porous oaks filled to the extent of 88 to 92%, the lower values being for heartwood. Edge coating of the sapwood of yellow poplar and yellow birch with epoxy glue reduced the rate of penetration only slightly. End coating reduced the rate to a higher degree. Moisture gradients in the fiber direction for tyloses-free hardwoods were negligible at various stages of penetration, indicating that filling of the vessels was practically instantaneous. White oak heartwood gave an initial longitudinal gradient followed by a negligible gradient, indicating that longitudinal penetration is primarily through the lumen of the fibers rather than continously through the vessels. Longitudinal penetration was calculated to be 31.5 times as deep as transverse penetration in 100 minutes and 33.3 times as deep in 25 minutes for white oak heartwood. The ratios are of the same order of magnitude as for Loblolly pine. In both cases the ratios are smaller than values calculated from the fiber dimensions alone as ray cell penetration and cross grain effects tend to lower the ratios.Paper No. 3947 of the Journal Series of North Carolina State University Agricultural Experiment Station, Raleigh, N. C.     

Die Wirtswahl vonDahlbominus fuscipennis (Zett.) (Hym., Chalcididae) und die Eignung des Wirtes für den Parasiten

Zusammenfassung Im Laboratorium wurden mitDahlbominus fuscipennis (Zett.) Versuche durchgeführt, um einige Eigenschaften der Wirtskokons und Wirtslarven zu prüfen, von denen die Annahme bzw. Eignung des Wirtes abhängt. Es zeigte sich, daß für die Wirtsannahme (= gelungene Eiablage) der Kokon des Wirtes eine viel bedeutendere Rolle als die Larve spielt. Besonders die Struktur des Kokongewebes scheint wichtig zu sein.Troz der Anwesenheit der Larven eines sonst nicht angenommenen Wirtes, derGalleria mellonella L., in den Kokons voulGilpinia frutetorum (F.) stachen die Weibchen diese regelmäßig an. Dagegen war die tatsächliche Eiablage der Weibchen wesentlich reduziert, was für das zusäzliche Erkennen des Wirtes mit Hilfe des Legestachels spricht.Was die Wirtseignung betrifft, so wurde nachgewiesen, daß die Entwicklung der Parasitenlarven nur auf dem gelähmten Wirte stattfinden kann. Außerdem gelang es in 3 Fällen,D. fuscipennis bis zur Imago auf den Larven vonG. mellonella zu züchten; diese Wespen waren aber unfruchtbar.Die Arbeit wurde in der Zeit durchgeführt, in welcher der Verfasser das Stipendium der Rockefeller-Grü ndung im Institut für Biologische Schädlingsbekämpfung der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft in Darmstadt hatte.Die Einrichtungen des Institutes standen ihm dabei zur Verfügung. An dieser Stelle sei deshalb dem Leiter, Herrn Dr. J. Franz gedankt, ferner Herrn Dr. W. Stein für Übezarbeitung des deutschen Textes.     

Soil carbon dioxide efflux in pure and mixed stands of oak and beech

Total Soil Respiration (TSR) was measured in pure and mixed stands of oak and beech and was partitioned into two contributions using the forest floor removal technique: Mineral Soil Respiration (MSR) and Forest Floor Respiration (FFR). In addition, laboratory incubations of the forest floor and the Ah horizon were performed to evaluate the heterotrophic respiration and the DOC production of these horizons. The relationships between soil temperature and the various soil respiration contributions in the three stands were compared using Q ₁₀ functions. In situ, significant differences (α = 0,05) between stands were observed for the R ₁₀ parameter (respiration rate at 10 °C) of the TSR, MSR and FFR contributions, while only the temperature sensitivity (Q ₁₀) of TSR was significantly affected by stand composition. The effect of soil water content was only significant on MSR and followed different patterns according to stand composition. Under controlled conditions, the R ₁₀ of the forest floor and of the Ah horizon varied with stand composition and the Q ₁₀ of the forest floor decreased in the order: oak (2.27) > mixture (2.01) > beech (1.71).     

Field effect of P fertilization on N2 fixation rate of Ulex europaeus

European gorse (Ulex europaeus L.) N₂ fixation rate (%Ndfa) was studied in a maritime pine (Pinus pinaster Aït.) oligotrophic forest. Fertilization field trials were carried out on 5 sites with various inputs of phosphorus (0–240 kg P₂O₅·ha^?1). Seven to ten years after pine planting, gorse were sampled to evaluate the effect of P fertilization on gorse %Ndfa, determined using the ¹⁵N natural abundance method. One of the prerequisites of this method is the existence of a significant difference between the ¹⁵N/¹⁴N ratios in the atmospheric N reference and in the stand soil N references. This prerequisite was satisfied for 80 of 120 cases. The average %Ndfa was high (70 ± 3%) but with high local variability. No significant difference in %Ndfa was detected among P treatments. Nitrogen concentration of gorse was significantly higher in the highest dose treatments compared to the control.     

Nutrient stocks of short-term fallows on a high base status soil in the humid tropics of Papua New Guinea

In order to understand nutrient dynamics in tropical farming systems with fallows, it is necessary to assess changes in nutrient stocks in plants, litter and soils. Nutrient stocks (soil, above ground biomass, litter) were assessed of one-year old fallows with Piper aduncum, Gliricidia sepium and Imperata cylindrica in the humid lowlands of Papua New Guinea. The experiment was conducted on a high base status soil (Typic Eutropepts), and in Papua New Guinea such soils are intensively used for agriculture. Soil samples were taken prior to fallow establisment and after one year when the fallows were slashed and above ground biomass and nutrients measured. The above ground and litter biomass of piper was 13.7 Mg dry matter ha^-1, compared to 23.3 Mg ha^-1 of gliricidia and 14.9 Mg ha^-1 of imperata. Gliricidia produced almost 7 Mg ha^-1 wood. Total above ground biomass returned to the soil when the fallows were slashed was the same for piper and gliricidia (8 Mg ha^-1). Gliricidia accumulated the largest amounts of all major nutrients except for K, which was highest in the above ground piper biomass. Imperata biomass contained the lowest amount of nutrients. The largest stocks of C, N, Ca and Mg were found in the soil, whereas the majority of P was found in the above ground biomass and litter. Almost half of the total K stock of piper and gliricidia was in the biomass. During the fallow period, soil organic C significantly increased under gliricidia fallow whereas no net changes occurred in piper and imperata fallows. The study has shown large differences in biomass and nutrient stocks between the two woody fallows (piper, gliricidia) and between the woody fallows and the non-woody fallow (imperata). Short-term woody fallows are to be preferred above grass (imperata) fallows in the humid lowlands of Papua New Guinea because of higher nutrient stocks.     

Phenol-formaldehyde resin curing and bonding under dynamic conditions

Summary To better understand the curing and bonding behavior of phenol-formaldehyde (PF) resin under dynamic conditions, flakeboards were manufactured either by conventional pressing at 7% or 12% mat moisture content or by steam injection pressing with 10 or 20 seconds steaming duration. Resin-impregnated glass-cloth samples and lap-shear tension specimens were embedded in the core of each flakeboard. After the flakeboards were pressed for various periods of times, the samples and specimens were quickly retrieved. The degree of resin cure was determined on the resin-impregnated glass-cloth samples by dynamic mechanical analysis. The bond strengths were measured from the lap-shear tension specimens on a mechanical testing machine. The results of resin curing and bonding were then correlated to the performance of the resin-bonded boards, which were evaluated by internal bond, modulus of rupture, modulus of elasticity, and thickness swelling. Resin curing and lap-shear bonding did not proceed simultaneously. In conventional pressing, the mat moisture content (MC) at 12% favored resin curing, but slightly retarded lap-shear bonding, as compared to 7%MC. In steam injection pressing, the rates of resin curing and lap-shear bond strength development were much faster for 20 seconds than for 10 seconds of steaming duration. Longer press times were needed to obtain boards with maximum strength in the 12%MC conventional pressing and the 20-s steam duration steam injection pressing than in those conditions where moisture content was lower or steam time was less. The need for longer press times must be attributed to higher internal vapor pressures and/or lower wood and resin component strengths, rather than to incomplete cure or bonding.This material is based on work supported by the Ministry of International Affairs, Quebec Government, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, and Laval University (Quebec City). The work was also supported by the U.S. Department of Agriculture under research joint venture agreement FP-92-1835     

The effects of temperature and humidity on phenol-formaldehyde resin bonding

Summary The effects of temperature and relative humidity on phenol-formaldehyde resin bonding were evaluated. Two flakes in a lap-shear configuration were bonded under an environment of controlled temperature (110 °C, 120 °C, 130 °C, 140 °C) and relative humidity (41%, 75%, 90%) for a series of time periods (0.25 to 16 min). The lap-shear specimens were then shear-tested on a mechanical testing machine and the results were used to establish a family of bond strength development curves at each temperature and level of relative humidity. At 110°C, the higher relative humidity appeared to retard resin bonding. The effects of relative humidity diminished as temperature increased to 140 °C. Bond strength development was chemical ratecontrolled. The rate of bond strength development at each relative humidity follows a first order reaction mechanism. The activation energy of resin-wood bonding, determined by bonding kinetics, was higher than that of resin alone, determined by differential scanning calorimetry. This comparison indicates that to form a strong resin-wood bond, a higher energy level might be required.This material is based on work supported by the Ministry of International Affairs, Quebec Government, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, and Laval University (Quebec City). The work was also supported by the U.S. Department of Agriculture under research joint venture agreement FP-92-1835     

Movement of fluids in wood — Part I: Flow of fluids in wood

Summary The flow of fluids and diffusion through wood follow different laws and vary in effectiveness through different structures. For this reason this review has been divided into two parts, Part I covers flow of fluids and part II diffusion. The conclusions drawn here involve Part I only.Voids in wood vary in size from vessels in hardwoods, which are visible under very low magnification, down to spaces of molecular size. Voids in dry unbulked cell walls of wood cannot exceed a few per cent of the Volume. Reported findings of much higher values are in error due to the fact that the contained moisture and any bulking material in the cell walls was not taken into account. Only polar fluids can penetrate the cell walls where they are held in solid solution by an attractive force greater than that of wood for itself. Flow of this bound liquid through the cell walls is negligible compared to that through the permanent openings in the pit membranes. This fine pit structure controls the rate of flow of fluids through softwoods, the pressure drop occurring in the fiber cavities being negligible compared to that occurring across the pit membrane openings. In the case of hardwoods the pits share this resistance to flow with fine openings in tyloses in the vessels. Flow is 100 to 200 times greater in the fiber direction than transversely for softwoods under the same pressure because about that many more pits have to be traversed per unit distance. From various flow considerations the average effective pit membrane openings range from 10 to 200 millimicrons in radius, the smaller values being for impervious heartwood and the larger values for pervious sapwood.The rate of flow of fluids through wood is highly affected by the presence of air or other gases. Only when great precautions are taken to remove dissolved air can reproducable constant rates of flow be obtained. Considerably more pressure has to be applied to force a gas-liquid interface through wood than to cause flow of the liquid alone. The pressure to cause the first bubble of gas to appear through a liquid saturated specimen of wood as a result of displacement of the liquid can, together with the surface tension, be used to calculate the largest effective radius of all of the paths in parallel, where the effective radius is the smallest radius of each path in series. The maximum radius of the fiber cavities, the maximum effective radius of the pit membrane openings for passage through one pit in each path, and the approximate average maximum effective radius of the pit membrane openings for passage through a large number of pits in series can be calculated from displacement measurements on softwood cross sections varying from the thinnest possible sections to sections many fiber lengths thick. These values for a white cedar sapwood are 30 microns, 2 microns and 0.1 to 0.2 microns respectively. The latter values are 3 to 6 times the most probable pit membrane opening sizes obtained from measurements of the reduction in flow of humidified air through wood as a result of condensation occurring in the communicating openings. The combined data show that the most effective pit membrane openings may range from 0.01 to 2.0 m or more in radius. Considerable resistance to impregnation of wood is afforded by the small openings in resistant species due to the fact that the surface tension effect in the fine communicating openings has to be overcome. This is true even for the impregnation of dry wood, as vapor may condense ahead of the advance of liquid. In order to avoid these surface tension effects, gas phase treatments should be tried.Movement of free water in the drying of water saturated wood is restriced to [1] movement created by an internal hydrostatic head resulting from heating above the boiling point of water or to [2] drying of completely watersaturated wood under conditions such that the drying tension set up in the largest pit membrane opening of a fiber exceeds the proportional limit in compression perpendicular to the grain of the fiber. In this case the fiber collapses as water flows under tension from the fiber cavity. When the resistance to collapse exceeds the drying tension evaporation of water will occur from the largest pit opening and then recede into the fiber cavity. The wet line of the specimen will hence move inwards without internal loss of moisture above the wetline. A normal diffusion controlled drying gradient extends inwards to the fiber saturation point followed by an abrupt increase in moisture content to the original value.Usually the fiber cavities of wood contain some air in bubbles larger than the largest pit membrane openings. In this case free water moves under the drying tension without causing collapse due to the relief of internal stress because of the expansion of the air. Under these conditions the moisture distribution above the fiber-saturation point is a smooth continuation of the portion below the fiber-saturation point. This liquid movement of free water is not a diffusion, but it is controlled by the diffusion below the fiber-saturation point.It is thus evident that the movement of free liquids in wood is quite complex and affected by a number of different factors, the most important of which are to be considered in this paper.

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Zusammenfassung Die Strömung von Flüssigkeiten durch das Holz einerseits und die Diffusion andererseits folgen jeweils verschiedenen Gesetzen und unterscheiden sich in ihrer Auswirkung je nach dem betroffenen Teil des Holzgefüges. Die vorliegende Arbeit wurde deshalb in zwei Teilen abgefaßt. Der vorliegende Teil I behandelt die Strömung von Flüssigkeiten, Teil II die Diffusion. Die Ergebnisse des ersten Teiles können wie folgt zusammengefaßt werden.Die Hohlräume im Holz variieren in Form und Größe von großen Gefäßen in Laubhölzern, die man sehon bei geringen Vergrößerungen erkennen kann, bis hinab zu kleinsten Zwischenräumen von molekularer Größenordnung. Die Hohlräume in trockenem ungequollenem Holz können einen Anteil von weingen Prozent nicht überschreiten. Berichte über wesentlich höhere Werte sind insofern falsch, als hierbei die in den Zellwänden enthaltene Feuchtigkeit und sämtliche füllenden Stoffe nicht mit in Rechnung gestellt werden. Nur polare Flüssigkeiten können in die Zellwände eindringen, wo sie in fester Lösung durch eine Kraft festgehalten werden, die größer ist als die Kohäsionskraft im Holze selbst. Der Fluß dieser gebundenen Flüssigkeit durch die Zellwände ist vernachlässigbar gering im Vergleich zu dem, der ständig durch die Öffnungen der Tüpfelmembranen stattfindet. Diese Elemente des Tüpfelaufbaues regeln die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeiten in Weichhölzern, da der Druckabfall in den Faserhohlräumen im Vergleich zu demjenigen, der durch die Membranöffnungen bedingt wird, vernachlässigbar klein ist. Bei den Harthölzern teilen die Tüpfel diesen Strömungswiderstand zusammen mit feinen Öffnungen in den Thyllen, die sich in den Gefäßen befinden. Die Strömung ist in Längsrichtung 100 bis 200 mal größer als bei Weichhölzern in Querrichtung bei gleichem Druck, da bei diesen wesentlich mehr Tüpfel je Längeneinheit durchströmt werden müssen.Auf Grund verschiedener Beobachtungen läßt sich feststellen, daß die effektive mittlere Weite der Tüpfelmembranöffnungen einen Radius zwischen 10 und 200 m haben; die kleineren Werte gelten für das wenig durchlässige Kernholz, die größeren für das durchlässigere Splintholz.Der Flüssigkeitsstrom durch das Holz wird weiterhin in hohem Maße von der Gegenwart von Luft oder anderen Gasen beeinflußt. Nur unter Anwendung verhältnismäßig aufwendiger Vorkehrungen zur Entfernung der in Lösung gegangenen Luft ist es möglich, reproduzierbar gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten zu erhalten. Gegenüber einem reinen Flüssigkeitsstrom benötigt man für ein Flüssigkeits-Gasgemisch einen wesentlich höheren Druck, um es durch das Holz zu führen. Der Druck, der notwendig ist, um die erste Gasblase als Ergebnis einer Flüssigkeitsverdrängung in einem flüssigkeitsgesättigten Holz zu erzeugen, kann zusammen mit der Oberflächenspannung zur Berechnung des größten wirksamen Radius aller parallel laufenden Durchflußwege verwendet werden, wobei dieser wirksame Radius gleichzeitig auch der kleinste Radius aller in Serie, d. h. hintereinander liegenden Durchflußwege ist. Der größte Radius der Faserhohlräume, der größte wirksame Radius der Tüpfelmembranöffnungen für den Durchfluß durch einen Tüpfel jedes Durchflußweges und der mittlere größte wirksame Radius der Tüpfelmembranöffnungen für den Durchfluß durch eine größere Anzahl hintereinander liegender Tüpfel kann mit Hilfe von Verdrängungsmessungen an Weichholzquerschnitten, deren Dicke vom Mikrotomschnitt bis zum mehrere Faserlängen dicken Stück reicht, berechnet werden. Diese Dicken betragen für White cedar Splintholz 30 m, 2 m bzw. 0,1... 0,2 m. Die letztgenannten Zahlen sind das drei- bis sechsfache der am häufigsten auftretenden Größe der membranöffnungen, Sie wurden durch Messung des Abfalles der Durchflußmenge feuchter Luft durch Holz, der durch Kondensationserscheinungen in den zusammenhängenden Öffnungen zustande kam, ermittelt. Die errechneten Daten lassen erkennen, daß der Radius der am häufigsten auftretenden wirksamen Tüpfelmembranöffnungen zwischen 0,01 und 0,02 m liegt. Der große Widerstand gegen die Imprägneirung von Holz muß auf die sehr kleinen Membranöffnungen bei den schwer zu imprägnierenden Holzarten zurückgeführt werden, und zwar auf Grund der Tatsache, daß die Oberflächenspannung in den jeweiligen öffnungen der Feinstruktur überwunden werden muß. Dies gilt auch für die Imprägnierung von trockenem Holz, da die dampfförmige Phase schon vor der vordringenden Flüssigkeit kondensieren kann. Um also diese Oberflächenspannungseffekte zu umgehen, erscheint es sinnvoll, Behandlungsverfahren mit gasförmigen Mitteln zu entwickeln.Die Bewegung von freiem Wasser während der Trocknung wassergesättigten Holzes ist beschränkt 1. auf eine Bewegung, die durch ein inneres hydrostatisches Druckgefälle infolge der Erwärmung über den Siedepunkt des Wassers herbeigeführt wird, oder 2. auf die Trocknung von wassergesättigtem Holz unter der Bedingung, daß die Trocknungsspannung, die sich in der größten Tüpfelmembranöffnung einer Faser ausbildet, die Proportionalitätsgrenze für den Druck senkrecht zur Faserrichtung überschreitet. In diesem Falle kollabiert die Faser, da das Wasser unter Zugspannung aus dem Faserhohlraum ausfließt. Ist jedoch der Widerstand gegen den Zellkollaps größer als die Trocknungsspannung, so tritt an der größten Tüpfelöffnung Verdampfung ein und anschließend der Rückfluß in den Faserhohlraum. Die Feuchtigkeitszone in einer Holzprobe wird also in Richtung auf das Zentrum zu immer kleiner, ohne daß die Feuchtigkeit innerhalb der Zone selbst absinkt. Ein gewöhnliches diffusionsgesteuertes Feuchtigkeitsgefälle erstreckt sich nach innen bis zum Fasersättigungspunkt, gefolgt von einem plötzlichen Feuchtigkeitsanstieg bis zum Ausgangswert.Im Normalfalle enthalten aber die Faserhohlräume des Holzes einige Luftblasen, die größer sind als die größte Tüpfelmembranöffnung. Dabei fließt das freie Wasser unter der Trocknungsspannung ab, ohne daß ein Kollaps eintritt, da die innere Spannung auf Grund der Ausdehnung der Luft herabgemindert wird. Unter diesen Bedingungen bildet die Feuchtigkeitsverteilung oberhalb des Fasersättigungspunktes einen ziemlich glatten Übergang zu dem Teil unterhalb des Fasersättigungspunktes. Diese Art der Feuchtigkeitsbewegung des freien Wassers ist zwar keine Diffusion, aber sie wird durch die Diffusion unterhalb des Fasersättigungspunktes gesteuert. Aus all dem geht klar hervor, daß die Bewegung freier Flüssigkeiten in Holz sehr komplex ist und von einer ganzen Reihe verschiedener Faktoren beeinflußt wird, deren wichtigste hier besprochen werden sollen.

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Contribution from the School of Forestry, North Carolina Agricultural Experiment Station, Raleigh, North Carolina, published with the approval of the Director of Research as Paper No. 2141 of the Journal Series.