Galvanisieren von Metallen - Galvanotechnik - VCI Nord

Galvanisieren von Metallen - 

Galvanotechnik

Agenda 

[Agenda-Einleitung-Galvanisieren-Galvanotechnik in der Industrie-Schlussfolgerung] 

I. Einleitung 

II. 

III. 

IV. 

Galvanisieren 

Galvanotechnik in der Industrie 

Schlussfolgerung

Einleitung – Definition & Geschichtliches 


• Definition: 

Galvanisieren bedeutet einen Gegenstand, der eine 

leitende Oberfläche besitzt, mit Hilfe von Elektrolyse mit 

einer Schicht eines Metalls zu überziehen. 

• Geschichtliches: 

Entdecker: Luigi Galvani

Einleitung – Gründe 


• Gründe: 

- Korrosionsschutz 

- Dekorativer Nutzen 

- Verschleißschutz 

- Veredelung 

- Funktionalität

Galvanisieren - Funktionsweise 


• Funktionsweise: Galvanisches Bad



• Funktionsweise: Galvanisches Bad 

Gleichstromquelle




Gleichstromquelle 

Anode: Me (s) Me n+ (aq) + ne - Oxidation




Gleichstromquelle 

Anode: Me (s) Me n+ (aq) + ne - Oxidation 

Kathode: 

Me n+ (aq) + ne - Me (s) Reduktion

Galvanisieren – geeignete Überzugsmetalle 


• Verwendung geeigneter Überzugsmetalle: 

-edle Metalle 

- widerstandsfähige Metalle 

• Spannungsreihe einiger Metalle:

Galvanisieren – geeignete Überzugsmetalle 


• Verwendung geeigneter Überzugsmetalle: 

-edle Metalle 

- widerstandsfähige Metalle 

• Spannungsreihe einiger Metalle: 

Element 

Zink 

Eisen 

Zinn 

Gold 

Elektrodenreaktion 

Zn Zn 2+ + 2e - 

Fe Fe 2+ + 2e - 

Sn Sn 2+ + 2e - 

Au Au + + e - 

Standardpotential 

-0,76 V 

-0,44 V 

-0,14 V 

+1,42 V

Galvanisieren - Versuch 


• Versuch: Verkupfern eines Metallgegenstandes 

• Reaktionsgleichung: 

Anode (Kupferstreifen) : Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e - 

Kathode (Münze) : Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) 

Oxidation von Kupfer 

Reduktion von Kupferionen 

• Ergebnis:

Galvanisieren - Versuch 


• Versuch: Verkupfern eines Metallgegenstandes 

• Reaktionsgleichung: 

Anode (Kupferstreifen) : Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e - 

Kathode (Münze) : Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) 

Oxidation von Kupfer 

Reduktion von Kupferionen 

• Ergebnis:

Galvanotechnik in der Industrie - Kesseböhmer 


• Zweck des Galvanisierens bei Kesseböhmer: 

- Korrosionsschutz 

- Dekorativer Nutzen 

• Anwendungsgebiete

Galvanotechnik in der Industrie - Kesseböhmer 


• Verfahren: 

1. Entmetallisierung 

2. Vorbehandlung 

A Vorvernickelung (Halb – Glanz – Nickel) 

B Glanz – Verkupfern 

C Glanz – Nickel 

D Perlglanz – Nickel 

E Glanzverchromung 

G Vergolden

Schlussfolgerung - Vorteile 


• Vorteile des Galvanisierens: 

- Bestimmung der Schichtdicke 

- geringe Temperaturbelastung 

- Verbesserung der Einsatzfähigkeit & Qualität 

- Schonung der Ressourcen 

- Einflussfaktoren

Schlussfolgerung - Oberflächenveredelung 


• Anteile des Galvanisierens in der Oberflächenveredelung: 

Galvanisieren 

19% 

26% 

Vakuumsverdampfung 

nichtmetallische Überzüge 

Eloxieren 

13% 

12% 

11% 

5% 

6% 

8% 

sonstige metallische Überzüge 

Lackieren 

Wärmebehandlung 

sonstige Verfahren

Schlussfolgerung 


Das Galvanisieren ist eines der wichtigsten 

Verfahren zum Schutz von Metallen vor Korrosion.

Vielen Dank für Eure 

Aufmerksamkeit!

Von der Schildlaus zum Lack - 

Lacke als Rostschutz

Von der Schildlaus zum Lack – Lacke als Rostschutz 

Inhalt 

1. Historische Entwicklungen 

2. Zusammensetzung 

3. Herstellung 

- Eigene Herstellung 

- Industrielle Herstellung 

4. Autolackierung


Historische Entwicklungen 

• „Lack“ leitet sich aus dem altindischen Sanskrit laksha 

(= hunderttausend) ab 

• Chinesen stellten den ersten Lack um ca. 2000 v.Chr. her 

• Lack-Kunst entwickelte sich erst im 16. Jh. in Europa 

• Industrialisierung 

neue Applikationsverfahren und Bindemitteltypen 

• seit den 80er Jahren spielt die Entwicklung gesundheitsund 

umweltschonender Lacke eine größere Rolle 

• neueste Entwicklungen sind UV- und Pulverlacke


Zusammensetzung 

Bindemittel: 

- wichtigster Bestandteil eines Lackes 

- meistens ein Harz (Alkydharz, Acrylharz, 

Epoxidharz, usw.) 

- bildet einen Film aus makromolekularen 

Stoffen 

- verbindet Pigmentteilchen miteinander und 

ergibt die Haftung zum Untergrund 

- bestimmt wichtige Eigenschaften: Härte, 

Witterungsbeständigkeit, Elastizität, Glanz


Lösemittel: 

- sind flüchtige, organische Stoffe 

- lösen die Komponenten ohne chemische 

Reaktionen auf 

- verbessern die Verarbeitbarkeit 

- belasten als Schadstoffe die Umwelt 

Pigmente: 

- feste, sehr feine, im Bindemittel nicht 

lösliche Teilchen 

- licht- und chemikalbeständig 

- bestimmen Eigenschaften wie Farbe, Glanz, 

Deckvermögen, Fließverhalten, Spezialeffekte


Additive: 

Zusammensetzungen: 

- werden in geringen Mengen hinzugefügt 

- verbessern die Eigenschaften entscheidend 

- Beispiele: Netzmittel, Stabilisatoren, UV- 

Schutzmittel, Weichmacher, Verlaufsmittel ...


Eigene Herstellung


Deutung: 

+ 

Zwischenschritte:


n +n H 2 O 

Bei Phthalsäureanhydridüberschuss:


Industrielle Herstellung


Autolackierung


Kathodische Tauchlackierung


Autolackierung


Vielen Dank für eure 

Aufmerksamkeit!

Räuchern aus chemischer 

Sicht

Inhalt 

• Einleitung 

• verschiedene Räucherverfahren 

• Zusammensetzung von Holz 

• Abläufe aus chemischer Sicht 

• Gesundheit 

• Versuch 

• Fazit

Einleitung 

• Räuchern ist eine der ältesten Konservierungsmethoden 

überhaupt 

• 7000 v. Chr. 

• Fleisch wurde über offenem Feuer geräuchert 

• Katenräuchern 

• Balkengerüst (Kate) 

• Räucherung über offenem Feuer 

• Räucherkammern und Rauchgeneratoren 

• Räucherung nicht über offenem Feuer 

• Rauchgeneratoren erzeugen sog. Glimmrauch

Einleitung

Verschiedene 

Räucherverfahren 

• Kalträucherung 

• Feuchträucherung 

• Heißräucherung 

• Schwitzbrühräucherung 

• Flüssigräuchern 

• Elektrostatische Räucherung

Zusammensetzung von Holz 

• 43 % Sauerstoff 

• 6 % Wasserstoff 

•


• Cellulose 

• Hemicellulose 

Glucose 

Mannose

Zusammensetzung von Holz


CH 2 OH 

CH 2 OH 

CH 2 OH 

CH 

CH 

CH 

CH 

CH 

CH 

OH 

OH 

OCH 3 

H 3 CO 

OH 

OCH 3 

• Cumaryl-, Coniferyl-, Sinapinalkohol 

(Bausteine des Lignins)


• Lignin

Abläufe aus chemischer Sicht 

• Pyrolyse des Holzes 

• Austrocknung bis zu 170° C 

• Pyrolyse der Hemicellulose bis zu 260° C 

• Pyrolyse der Cellulose bis zu 310° C 

• Pyrolyse des Lignins bis zu 500° C 

• Chemische Reaktionen 

• Pyrolyse der Ligninschicht 

• Bildung von Phenolen

Pyrolyse von Lignin 

• Phenole gelten als eine der 

wichtigsten Verbindungen im 

Räuchervorgang 

• Beeinflussen Geschmack und Farbe 

• Entstehen hauptsächlich aus Syringol 

und Guajakol 

• Bildung von Guajakol und Syringol 

kann man beispielhaft an der Pyrolyse 

von Sinapinsäure erklären


OCH 3 

HO 

Sinapinsäure 

H 3 

CO CH CH COOH 

Abbau der Seitenkette [(CH) 2 COOH] in mehreren 

Phasen


1. Abspaltung von CO 2 

OCH 3 

OCH 3 

CH CH 2 

+ CO 2 

HO 

HO 

H 3 CO CH CH COOH 

H 3 CO 

Sinapinsäure 

Vinylsyringol 

2. Oxidation zu zweiwertigen Alkoholen 

OCH 3 

OCH 3 

CH CH 2 

HO 

HO 

H 3 CO 

H 3 CO 

OH 

C OH 

H


3. Abspaltung von Wasser 

OCH 3 

OCH 3 

HO 

HO 

OH 

O 

+ H 2 O 

H 3 CO 

C 

OH 

H 3 CO 

C 

H 

H 

4. Oxidation 

Syringaldehyd 

OCH 3 

OCH 3 

HO 

2 2 

O 

+ 

O 2 

HO 

O 

H 3 CO 

H 3 CO 

C 

H 

OH 

Syringaldehyd 

Syringasäure


5. Decarboxylierung 

OCH 3 

OCH 3 

+ CO 2 

HO 

HO 

H 3 CO 

Syringasäure 

C 

O 

OH 

H 3 CO 

Syringol


HO 

HO 

H 3 CO 

H 3 CO 

R 

Verschiedene Reaktionen möglich: 

1. Bildung von Methan und Brenzkatechin durch Abspaltung des 

Methylrests in Verbindung mit Wasserstoff 

HO 

HO 

+ H 2 

+ CH 4 

H 3 CO 

R 

HO 

R 

Brenzkatechin (Gruppe der Diphenole)


2. Bildung von Guajakol durch Abspaltung des Rests 

2 

HO 

H 3 CO 

R 

HO 

+ H 2 

2 

+ HR 

H 3 CO 

3. Abspaltung der OCH 3 -Gruppe führt zur Bildung eines 

Phenylradikals und Methanol 

2 

HO 

H 3 CO 

R 

+ H 2 

2 

HO 

C 

R 

+ 

CH 3 OH


• Aus dem Phenylradikal entstehen Phenole, auch 

hier sind verschiedene Reaktionen möglich 

1. Reaktion mit Wasserstoff zu Phenol 

2 

HO 

+ 

H 2 

2 

HO 

C 

R 

R 

2. Reaktion mit Alkylrest zu Phenol mit mehreren Resten 

2 

HO 

+ 

2R 

2 

HO 

C 

R 

R 

R


3. Umlagerung der Seitenkette und anschließende Reaktion 

HO 

HO 

C 

R 

R 

C

Pyrolyse der Cellulose und 

Hemicellulose 

• Produkte sind überwiegend Alkohole, Aldehyde, 

Ketone und Säuren 

• Viele Verbindungen kommen in cyclischer Form vor 

• 3 Gruppen: Butenoldide 

Botyrolactone 

Furane 

• Entstehung: 

• Furane entstehen durch Wasserabspaltung aus Zuckern 

• Botyrolactone und Butenolide entstehen durch 

Wasserabspaltung aus Hydroxysäuren

Zusammensetzung des Rauchs 

• Kohlenwasserstoffe 

• Alkohole 

• Ketone 

• Ketoalkohole 

• Aldehyde 

• Furane 

• Ketoaldehyde 

• Phenole 

• Kresole 

• Carbonsäuren 

• Ester 

• Ether 

⇒ Fast sämtliche Verbindungsklassen der organischen Chemie

Aufnahme der 

Rauchbestandteile 

• Durch: 

• Diffusion 

• Adsorption 

• Adhäsion 

• Kohäsion

Wirkung des Rauchs 

• Beeinflussung des Geschmacks 

• Beeinflussung der Farbe 

• Schwach konservierend 

• Keimhemmende Wirkung durch austrocknen des LM und 

dem damit verbundenen Wasserverlust 

• Bakterizide Wirkung von Kresolen und Phenolen

Gesundheit 

• Krebserregende Wirkung des Benzo(a)pyrens 

• Benzo(a)pyren zählt zur Verbindungsklasse der PAK 

(polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe) 

• Nur indirekt krebserregend

Gesundheit 

• Umwandlung in ein Epoxid 

O 

• Epoxide sind krebserregen und gefährlich für Harnblase, Lunge, 

Leber

Gesundheit 

• Diffusion zur DNA und verbinden sich 

+ DNA 

OH 

O 

DNA 

• Vorgang ist nicht reversibel 

• Produkte können nicht mehr ausgeschieden werden

Versuch 

• Räuchern von LM mit Buchenholz

Versuch 

vorher 

nachher

Versuch 

• Nachweis von Rauchbestandteilen im LM 

• Zugaben von Schiffsreagenz (Nachweis für Aldehyde) 

• Lila-Färbung beweist das Vorhandensein von Aldehyden

Fazit 

• Die konservierende Wirkung steht nicht 

mehr im Vordergrund 

• Vielmehr geht es um Farbe und 

Geschmack 

• Auch beim Räuchern werden moderne 

Techniken angewandt 

• Krebserregende Wirkung

Danke für die 

Aufmerksamkeit

Konservierung durch 

H 

O 

Borsäure 

B 

O 

H 

O 

H

Inhaltsübersicht 

• Allgemeines über 

Borsäure 

(kurz) 

Konservierende Wirkung 

- Wirkung auf Mikroorganismen 

- Versuch 1: Nachweis 

Toxische Wirkung 

- Wirkung auf den Menschen 

- Versuch 2: Bestimmung im Kaviar 

• Fazit

Allgemeines über 

Borsäure 

• Vorkommen: Wasserdampfquellen in den 

ital. . Vulkangebieten Toskanas 

• Gewinnung: Kondensieren der borsäurehal 

urehal- 

tigen Dämpfe, Anreichern und Eindampfen; 

techn. . aus Boratmineralien 

• Eigenschaften: sehr schwache, einbasige 

Säure 

(pKs 

= 9,2); Lewis- Säure: 

B(OH) 3 + 2 H 2 O [B(OH) 4 ]- + H 3 O+

Allgemeines über 

Borsäure 

• Verwendung: Arzneimittel 

kosmetische Mittel 

Lebensmittelkonservierung 

(eingeschränkt) 

nkt) (E 284-285) 

285) 

Gerberei 

Kerzenindustrie 

Flammenschutzmittel …


Wirkung auf Mikroorganismen 

Borsäure 

hemmt das Wachstum der 

meisten Bakterien ohne diese abzutöten: 

ten: 

Blockierung der Decarboxylierung von 

Aminosäuren 

Hemmung des Phosphat-Stoffwechsels



Blockierung der Decarboxylierung 

von Aminosäuren 

HOH 2 C 

CH 2 OH 

OH 

COOH Vit. B6 

H 2 N CH 2 

H 2 N CH 3 + CO 2 

Glycin 

Methylamin 

N CH 3 

Vitamin B6-Borsäure-Komplex 

Kein Abbau der AS zu biogenen Aminen



Borsäure 

hemmt O das Wachstum der 

O - 

P O - 

meisten Bakterien B ohne diese abzutöten: 

ten: 

O 

H 

H 

O 

H 

Blockierung H der Decarboxylierung (PO 4 

) 3- 

3 BO 3 

von 

Aminosäuren 

Hemmung des Phosphat-Stoffwechsels 

O 

O -



Konsequenzen aus und : 

• Aufbau neuer DNA nicht möglichm 

• Gestörte Energieversorgung 

 

kein Wachstum der Mikroorganismen


Versuch 1: Nachweis 

Durchführung: 

hrung: 

Keimzahlbestimmung Ziel: - Nachweis der konservierenden 

nach KOCH 

Wirkung 

- Bestimmung der Mindestkonz.



Masseko 

nzentrati 

on 

H3BO4 

pH-Wert 

Keimzahl 

nach 

1 d 

Keimzahl 

nach 

3 d 

Keimzahl 

nach 

5 d 

Keimzahl 

nach 

7 d 

0,00% 

6,71 

1000 KBE 

1400 KBE 

100000 

KBE 

>300000 

KBE 

0,50% 

6,54 

1000 KBE 

900 KBE 

600 KBE 

800 KBE 

1,00% 

6,40 

900 KBE 

930 KBE 

1000 KBE 

1000 KBE 

1,50% 

6,30 

690 KBE 

980 KBE 

1000 KBE 

810 KBE 

2,00% 

6,16 

500 KBE 

790 KBE 

1000 KBE 

2000 KBE



Ergebnis des Versuches: 

• Borsäure 

hat eine konservierende 

Wirkung 

• 0,5 Masse-% sind für f r die 

Konservierung der Frischmilch 

ausreichend


Wirkung auf den Menschen 

• Rasche Aufnahme über: Schleimhäute, 

verletzte Haut sowie Magen-Darm 

Darm- 

Kanal 

• Borsäure 

wird nicht metabolisiert → 

bei chronischer Aufnahme: Gefahr 

einer Kumulation 

• Wirkung: vermehrte Wasserabgabe 

aus Geweben und Zellen, Erniedrigung 

der Kaliumkonz. . im Serum



• Letale Konzentration: 8 mmol/l 

(50 mg/100ml Serum) 

• Symptome: 

Leibschmerzen, z.T. . blutige Brechdurchfälle, 

Gewichtsverlust; 

Übelkeit, Erbrechen, Schwindel bis zu 

Krämpfen + Lähmungserscheinungen L 

oder 

Koma; 

Appetitlosigkeit, hartnäckiger und 

schuppender Hautausschlag, Anämie, 

Kachexie…



Folge: 

„Borsäure und Borax (…) sind als Zusatzstoffe weder in 

der Bundesrepublik noch in der EG zulässig“, da bei 

ihnen „das Verhältnis von Nutzen und Risiken 

ungünstiger“ ist „als bei den zugelassenen Stoffen“. 

„Für Borsäure besteht insofern eine Ausnahmeregelung 

in der EG, als sie zur Konservierung von echtem 

russischen Kaviar angewendet werden darf, da sich für 

diesen Zweck aus Gründen unakzeptabler 

Geschmacksveränderungen kein anderer 

Konservierungsstoff eignet.“ 

Zusatzstoffverordnung (Anhang 7, Kap. 8.5 und 8.6): 

Parameter Matrix Erlaubte Menge 

Borsäure (E284f) Kaviar < 4 g/kg


Versuch 2: Bestimmung im Kaviar 

Durchführung: Titration 

HC 

HC 

OH 

OH 

Problem: sehr kleine Dissoziationskonstante 

Ziel: - Bestimmung der Menge an Borsäure 

im 

Lösungsansatz: Kaviar 

Erhöhung dieser durch 

Zugabe HO 

B 

OH HO CH 

HC O 

- Vergleich eines mehrwertigen mit der erlaubten Alkohols, HöchstH 

chst- 

z.B. 

HO 

HO CH 

HC O B O CH 

+ 

CH 

Mannit: CH CH 

menge 

2 CH CH CH CH 2 

+ + 

OH 

OH 

OH 

OH 

OH 

O 

+ H 3O + 2 H 2 O 

OH 

⇒ Mannit-Borsäure-Komplex 

pKs = 6,44



11 

10 

9 

1. Ansatz 

8 

7 

2. 6 Ansatz 

5 

4 

3. Ansatz 

3 

2 

4. 1 Ansatz 

0 

0 4 8 1 

2 

1 

6 

2 

0 

2 

4 

2 

8 

pH im Um- 

schlagsp. 

8,8 

3 

2 

3 

6 

4 

0 

4 

4 

8,9 

8,17 

8,45 

4 

8 

5 

2 

5 

6 

6 

0 

6 

4 

6 

8 

7 

2 

7 

6 

V(NaOH) 

8 

0 

0,049 l 

8 

4 

0,096 l 

0,032 l 

0,052 l 

8 

8 

9 

2 

9 

6 

1 

0 

0 

1 

0 

4 

1 

0 

8 

1 

1 

2 

1 

1 

6 

1 

2 

0 

m(H3BO3) 

/g Kaviar 

1 

2 

4 

6,04 mg 

11,8 mg 

3,63. mg 

Ansatz 

6,4 mg 

1 

2 

8 

1. Ansatz 

2. Ansatz 

4. Ansatz



Deutung der Ergebnisse: 

Schwankende Werte und gestreckte 

Titrationskurven aufgrund der: 

• Puffernden Wirkung der Proteine 

• Vermutlich zusätzlichen Störung durch 

andere Inhaltsstoffe des Kaviars (3. + 4.) 

• Schwierigkeit der rechtzeitigen Erkennung 

des Farbumschlags



Ergebnis des Versuches: 

• Nach Ansatz 3: m(Borsäure 

ure) ) = 3,6 mg → 

< 4 mg 

ABER: nicht zermalmt → ganze Masse 

bestimmt? 

kein richtiger pH-Sprung 

→ störende Stoffe 

• Nach Ansatz 4: m(Borsäure 

ure) ) = 6,4 mg 

Lösung war immer noch etw. trüb 

⇒ Ungenaue Methode

Fazit 

• Vorteil: für neutrale Lebensmittel bes. 

gut geeignet 

• Nachteile: erwiesene Toxizität + 

geringe Wirksamkeit

ENDE!

Mumifikation / Mumifizierung 

Chemische Aspekte eines religiösen 

Kultes

Inhalt 

• Definitionen 

• Glaube der alten Ägypter 

• Ablauf einer Mumifizierung 

• Chemische Aspekte 

• Mumifizierung einer Taube 

• Fazit

Definitionen 

• Mumie 

- in seiner natürlicher Form erhaltener Körper 

- auf natürliche oder chemische Weise vor der 

Verwesung geschützt 

- kann durch Luftabschluss, Trockenheit, Kälte 

oder Chemikalien erreicht werden

Definitionen 

• Mumifizierung 

- Künstliche Konservierung 

- zwei verschiedene Methoden: 

Flüssig- und Rauchmumifizierung

Definitionen 

• Mumifikation 

- natürliche Konservierung 

- kann durch Kälte, Trockenheit und durch 

Naturgifte erfolgen

Glaube der alten Ägypter 

• Basis des Glaubens: das Leben nach dem Tod 

• polytheistische Glaubensrichtung 

• Körper besteht aus sechs Teilen 

- an die Materie gebunden: 

chet (Körper), ren (Name), schut (Schatten) 

- Geistig/Überweltlich: ka, ba, ach

Glaube der alten Ägypter 

Das Totengericht

Ablauf einer Mumifizierung 

• Erste Waschung 

• Entfernung der Eingeweide 

• Zweite Waschung 

• Dehydrierung der Leiche durch Natron 

• Dritte Waschung 

• Einsalbung und Füllung der Körperhöhlen 

• Einbandagierung 

• Einsargung

Chemische Aspekte 

Der Verwesungsprozess 

- der Abbau der organischen Stoffe in 

Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, 

Schwefelwasserstoff, Wasser und Mineralsalze 

• Erste Phase: 

- Bakterien und anderen Mikroorganismen 

zersetzen das Gewebe 

- körpereigene Stoffe helfen bei der Zersetzung 

(z.B. Magensäure)


Der Verwesungsprozess 

• Zweite Phase: 

- Würmer- und Insektenbefall des Leichnams 

• Dritte Phase: 

- Bakterien und Pilze zersetzen die „vorverdauten“ 

Stoffe


Wirkungsweise der Mumifizierung 

• Dehydrierung durch Natron, wirkt hygroskopisch 

(wasseranziehend) 

• Bestandteile sind Na 2 

CO 3 

, NaHCO 3 

, NaCl und 

Na 2 

SO 4 

bilden Kristallwasser (außer NaCl) 

• Entzug von Wasser durch Osmose (Plasmolyse) 

• Na 2 

CO 3 

+ 10 H 2 

O Decahydrat 

• H 2 

O + CO 

-2 

3 

HCO 

- 

3 

+ OH - 

pH-Wert erhöht sich auf 10



• Salböle weisen meist eine harzige Konsistenz auf 

• Schutzfilm über der Haut wirkt entgegen einer 

Befeuchtung der Haut 

• Zusammensetzung ist unbekannt 

• Basis besteht aus Tier- und Pflanzenfetten 

• geschmolzene Koniferenharzen, Weihrauch, 

Myrrhe, Galbanum, Bienenwachs und Bitumen



• eingerieben 

• verschließt die Poren der Haut 

• die Haut wird wieder elastisch 

• antibakterielle und fungizide Wirkung 

• mehrfach ungesättigte Fettsäuren polymerisieren 

spontan 

• durch Oxidation der Fettsäuren werden stark 

vernetzte Makromoleküle gebildet



• Füllungen sorgten für Stabilität 

• Bandagen wurden stramm gewickelt und 

verhinderten somit die Verwitterung 

• Leinen, die einzelnen Särge, der Steinsarkophag 

und das Grab an sich schafften bleibende 

Klimaverhältnisse; Temperatur blieb konstant, die 

Luftfeuchtigkeit niedrig 

• Kombination aller Maßnahmen sorgten dafür, dass 

die entstandene Mumie Jahrtausende überdauern 

konnte

Mumifizierung einer Taube 

• Erster Schritt war die Entfederung 

• Gewicht nach der Entfederung: 497g 

• Beobachtungen / Notizen: 

- Fraktur des rechten Flügels 

- Schädelbasisfraktur 

- Abdrücke der Kugeln

vor dem Einsalzen


• Zweite Schritt: Entnahme der Innereien 


- Innereien waren ohne Probleme entnehmbar 

- Gesamtgewicht der Organe: 63g 

- Besonderheit: in der Speiseröhre waren 2 Nüsse

Entnahme der Innereien


• Dritte Schritt: erste Waschung des Tieres 


- Fleischrückstände und Blut wurden ausgespült 

• vierte Schritt: Einhüllung in Tüchern 

• Lagerung über Nacht im Kühlschrank 

• Einlagerung in Natronsalz


• Die Zusammensetzung: 70% Natriumcarbonat, 

20% Natriumhydrogencarbonat, 

5% Natriumchlorid und 5% Natriumsulfat 

• Auffüllung des Bauchraums 

• Lagerung in einer Plastikschüssel, wurde mit dem 

restlichen Salz aufgefüllt 

• weitere Auffüllung mit Kochsalz bis der Vogel 

unter dem Salz verschwand (aus Kostengründen)


• Beobachtungen / Notizen: 4 Wochen Lagerung im 

Salz 

- in der ersten Woche jeden Tag und den 

restlichen Wochen jeden zweiten Tag den Vogel 

wiegen und auf äußerliche Veränderungen 

untersuchen 

- erwarteter Gewichtsverlust: 40-55%


• Beobachtungen / Notizen 1. Woche: 

- leichte Verfärbungen der Haut erkennbar 

- Gelenke wurden steifer 

- Haut verfestigte sich; in manchen Bereichen 

blieb sie jedoch weich und dehnbar 

- Gewichtsverlust nach einer Woche: 22,5%

Tag 2

Tag 7



- Die Haut fast richtig fest, außer im Brust- und 

Schulterbereich 

- die Haut am Rücken ist lederartig geworden 

- Knochen werden unter der Haut immer besser 

sichtbar 

- Gewichtsverlust insgesamt: 27,1%



- Umfang des Brustkorbes hat sich verringert 

- weiterer Fortschritt der Hautverfärbung 

- weiterer Fortschritt der Gelenksteifigkeit 

- geringer Faltenwurf der Haut 

- Gewichtsverlust insgesamt: 34%

Tag 17



- es waren keine sonderlichen Veränderung zu 

verzeichnen 

- Brustkorb ist schlanker geworden 

- Gewichtsverlust bei Entnahme des Tieres aus 

dem Salz: 37%

Tag 28

Versuchsauswertung 

• zufriedenstellender Ablauf der Dehydrierung; 

keinerlei Schwierigkeiten 

• die erwartete Gewichtsabnahme hat sich in etwa 

bestätigt 

• Ungenauigkeiten beim Wiegen, Salz konnte nicht 

komplett entfernt werden

Versuchsauswertung 

Dehydrierung 

500 

Gewicht (g) 

400 

300 

200 

100 

0 

Gewicht (g) 

1 

3 

5 

7 

9 

11 

13 

15 

17 

19 

Tage (d)

Einbandagierung der Taube 

• Waschen der Taube 

• Einsalbung 

• Bandagierung: 

- zuerst die Extremitäten 

- danach den Körper 

- Kleben mit Kunstharz 

- weitere Anbringung einer Bandagenschicht

vor dem Einsalben

nach dem Einsalben

Einbandagierung der Beine

Einbandagierung des Körpers

fertige Vogelmumie

Fazit 

• erfolgreiche Dehydrierung 

• überschaubare Ungenauigkeiten 

• keinerlei größere Probleme 

• unsere Vermutungen haben sich bestätigt 

• Einbandagierung lief auch reibungslos

Vielen Dank 

für die 

Aufmerksamkeit!!

„Auch sie braucht Schutz im Alter“ 

(Slogan der Stiftung Deutscher Denkmalschutz) 

„Konservierung – Werte schützen und 

erhalten mit Chemie“ 

Eine Wettbewerbsarbeit des Leistungskurses Chemie der Kaiser-Karl-Schule Itzehoe für 

den Wettbewerb Chemie und Schule 2005/2006 

Kaiser-Karl-Schule Itzehoe 

Hinterm Sandberg 1-3 

25524 Itzehoe

Inhaltsverzeichnis 

Vorwort 3 

Von der Idee zur Umsetzung 4 

Der Konservierungssong 5 

Der Werkstoff Stein 6 

Ein Wort zum Thema Stein 6 

Was sind Steine? 6 

Einflüsse auf Gesteine 7 

Versuche zur Konservierung von Steinen 

Der Werkstoff Holz 

Herkömmliche chemische Holzschutzmittel 

Alternativer Holzschutz durch die Zellstoffmodifizierung 

Die Methoden im Einzelnen 

Zusammenfassung und Vorschau 

Versuche zur Konservierung von Holz 

Anhang 

Der Werkstoff Metall – Geschichte 

Chemie des Rostens 

Versuch zum Korrosionsverhalten von Eisen 

Maßnahmen zum Konservieren von Metallen 

Versuche zur Konservierung von Metallen 

Nachwort der Kursteilnehmer 

Quellennachweis 

9 

13 

14 

14 

16 

17 

18 

22 

23 

23 

24 

25 

27 

31 

32 

2

Vorwort 

Wir haben uns im Rahmen unserer Projektwochen im Leistungskurs Chemie dazu 

entschlossen, am Wettbewerb „Konservierung – Werte schützen und erhalten“ teilzunehmen. 

Da das Thema eine Vielzahl von Unterthemen umfasst, mussten wir uns schließlich für eines 

entscheiden, da die Arbeit wohl sonst zu umfangreich geworden wäre. 

Nach einigen Überlegungen hat unsere Gruppe den Entschluss gefasst, sich mit der 

Konservierung von Baustoffen zu beschäftigen. Zunächst hatten wir noch das Thema der 

Konservierung von Lebensmitteln in Erwägung gezogen, doch waren wir der Ansicht, dass 

gerade dieses Thema wohl von den meisten Teilnehmern des Wettbewerbs gewählt werden 

würde. Wir wollten uns mit etwas Außergewöhnlicherem beschäftigen. Zudem sind wir der 

Auffassung, dass das Thema des Wettbewerbs „Werte schützen und erhalten“ eher zu 

Werkstoffen passt als zu Lebensmitteln, weil Bauten, Skulpturen o.ä. eher als Werte 

bezeichnet werden können und es wichtiger ist, diese für die Nachwelt zu erhalten als 

Lebensmittel. 

Da auch dieser Bereich breit gefächert ist, mussten wir unser Projekt weiter einschränken und 

haben uns am Ende der Besprechungen dafür entschlossen, dass wir uns mit der 

Konservierung der drei Baustoffe Stein, Holz und Metall beschäftigen. Diese gehören zu den 

wichtigsten sowohl früher als auch heute verwendeten Baustoffen. 

Daraufhin haben wir unseren Chemiekurs in drei gleichgroße Gruppen eingeteilt. Jede dieser 

Gruppen hat sich mit einem der drei Werkstoffe intensiv auseinander gesetzt. Wir haben 

Recherchen zu verschiedenen Unterthemen angestellt und im Unterricht auch selbst Versuche 

durchgeführt. Die Ergebnisse stellen wir in dieser Gemeinschaftsarbeit der drei Gruppen vor. 

Abb. 1: LK Chemie der KKS Itzehoe: 

Reihe hinten: Heiner Krause, Robin Soltau, Erik von Wahl, Fabian Haase, Niklas Sievers, 

Hans-Jobst Redinger, Tanja Möller, Martin Hammig, Marlen Sahr 

Reihe vorne: Torsten Dohrn, Lucy Weinreich, Inga Kragge, Nina Ebsen 

3

Von der Idee zur Umsetzung – 

ein Beispiel für projektorientierten Chemieunterricht 

Mit wachsendem Verbraucherbewusstsein in den letzten Jahren wird Bauzusatzstoffen heute 

ein verstärktes Interesse entgegen gebracht. Dass der Leistungskurs Chemie sich mit dem 

Thema „Konservierung von Baumaterialien“ auseinander gesetzt hat, ist jedoch aufgrund 

eines Baumarktbesuches mehr durch Zufall entstanden, entpuppte sich aber als ein sehr 

interessantes und für alle Beteiligten lehrreiches Themenfeld. 

Unbestritten ist heutzutage, dass praxisorientierte Inhalte für das Lernen im naturwissenschaftlichen 

Unterricht nicht nur förderlich, sondern auch unverzichtbar sind. Ziel der 

Behandlung von Konservierungsstoffen und –verfahren im Unterricht sollte daher auch nicht 

eine bloße Aneinanderreihung von einzelnen Verfahren und Stoffen sein. Vielmehr muss es 

über die theoretische Kenntnis und den geschichtlichen Hintergrund hinaus auch ein 

„Erfahren“ und „Begreifen“ geben, das durch praktische Anwendung nicht zuletzt zum 

kritischen Verbraucherverhalten führt. Angesprochen werden sollten in diesem Projekt die 

Interessen der Schülerinnen und Schüler an einer generellen Auseinandersetzung mit einem 

wichtigen Bereich ihrer Alltagswelt, zu deren Aufklärung die Chemie einen Großteil 

beitragen kann. 

Der fächerübergreifende Aspekt des gewählten Themas wird dadurch offensichtlich, dass mit 

Hilfe geeigneter Substanzen und Verfahren biologische, chemische und physikalische 

Vorgänge verdeutlicht werden sollen, die dazu führen, dass natürliche und synthetische Werkstoffe 

langanhaltend geschützt werden. 

Bei der Durchführung wurden von den Schülerinnen und Schülern verschiedene Aktivitäten 

verlangt: Über die Suche nach Informationsmaterial (bei der uns das Internet sehr geholfen 

hat), der theoretischen Beschäftigung mit der Materie bis hin zur Aneignung und 

selbständigen Erarbeitung fachgerechter Arbeitsmethoden. 

Der Leistungskurs Chemie im 12. Jahrgang der Kaiser-Karl-Schule Itzehoe legt eine Gemeinschaftsarbeit 

vor, die im Rahmen des Projektunterrichtes (Pflichtteil im Leistungskurs des 12. 

Jahrgangs in S.-H.) erstellt wurde und die insgesamt knapp drei Wochen ( ca. 13 Stunden) in 

Anspruch nahm.. 

Der Kurs, bestehend aus 12 Schülerinnen und Schülern, hat sich für die Behandlung des 

Themas „Konservierung – Werte schützen und erhalten mit Chemie“ anhand von drei 

wichtigen Baumaterialien entschieden und drei Arbeitgruppen gebildet, die parallel ihren Aufgabenbereich 

bearbeitet haben. Der Vorschlag, drei Arbeiten zum Wettbewerb einzureichen, 

wurde zugunsten einer Gemeinschaftsarbeit aufgegeben. Daher ist der Umfang der Arbeit 

auch größer als bei herkömmlichen Wettbewerbsarbeiten. 

Stundenübersicht: 

1. Stunde: Formulierung und Abgrenzung des Themas, Reduzierung auf die Behandlung 

von drei Werkstoffen ( Stein, Metall, Holz), Bildung von Arbeitsgruppen. 

2./3. Stunde: Computerraum – Informationsbeschaffung im Internet 

4./5. Stunde: Verteilung der Aufgaben in den Arbeitsgruppen: Theorieteil erarbeiten. 

6.-10. Stunde: Erarbeitung geeigneter Versuche, Durchführung, Dokumentation 

11./12. Stunde: Erarbeiten des theoretischen Teils 

13. Stunde: Auswertung und Zusammenfassung 

Hans-Jobst Redinger, Kurslehrer 4

Der Konservierungssong 

frei nach Drafi Deutscher 

Marmor, Holz und Eisen bricht 

1. Weine nicht wenn der Regen fällt, dam dam... dam dam 

es gibt ein Mittel, das zu dir hält. dam dam... dam dam 

Ref: 

Marmor, Holz und Eisen bricht, nur mit Konservierung nicht. 

Alles, alles löst sich auf, doch der Stein der bleibt. 

2. Sieh die Holzbank nicht gut aus, dam dam... dam dam 

hol’ den Konservierlack raus. dam dam... dam dam 

Ref: 


Alles, alles löst sich auf, doch das Holz das bleibt. |2x 

3. Rostet dir dein Auto weg, dam dam... dam dam 

brauchst du Chrom für diesen Zweck. dam dam... dam dam 

Ref: 


Alles, alles löst sich auf, doch das Eisen bleibt. |2x 

5

Der Werkstoff Stein 

Ein Wort zum Thema Stein: 

„Auf diese Steine können sie bauen!“, so 

lautet seit einigen Jahren der Werbeslogan der 

Bausparkasse Schwäbisch Hall. 

Viele Häuser werden aus Stein gebaut und die 

Menschen denken, dass diese für die Ewigkeit 

halten. Die Bewohner fühlen sich sicher und 

beschützt vor Natureinflüssen wie Kälte, 

Regen oder Schnee. 

Aber schon die Römer wussten vor 2000 

Jahren, dass sie ihre Bauten mit Ölen und 

Fetten wasserabweisend machen mussten, 

damit sie langanhaltend stabil bleiben. 

Der Zerfall von Steinen ist also schon seit 

jeher bekannt, dennoch ist die Forschung im 

Bereich der Steinkonservierung noch sehr 

jung. 

Sie dient dem Schutz von alten Gebäuden, 

Skulpturen und Denkmälern, von denen die 

meisten einen großen historischen Wert 

besitzen. 

Früher war ein Schutz vor Umwelteinflüssen 

noch nicht möglich, aber wegen der geringen 

Emissionen auch nicht nötig. Darum ist es 

heutzutage umso wichtiger, die letzten 

Erinnerungen an die Vergangenheit durch Konservierung 

zu erhalten. 

Abb. 2: Elbsandstein-Putte im Dresdener Zwinger 

Was sind Steine? 

Steine in ihrer Vielfältigkeit bestehen aus unterschiedlichen Mineralien. Es sind hauptsächlich 

Silikate wie Quarz (SiO 2 ), Feldspate (M(AlSi 3 O 8 )), Olivine ((Mg,Fe) 2 SiO 4 ), Glimmer 

(M 5 (AlSi 3 O 8 )) und Amphibole (Silicate mit Bandstruktur) . Zu den häufig in Steinen 

vorkommenden Mineralien gehören ebenfalls Carbonate, bei denen vor allem Dolomit und 

Calcit von Bedeutung sind. Aus dem Doppelcarbonat Dolomit CaMg(CO 3 ) 2 sind ganze 

Gebirgszüge (Dolomiten in Südtirol) aufgebaut. Calcit, die stabilste Form des CaCO 3 , findet 

man als Kalkstein, Kreide oder Marmor. Calciumcarbonat ist Hauptbestandteil des Kalksandsteins, 

der in unseren Versuchen eine entscheidende Rolle spielt. Ebenfall anzutreffen ist 

CaCO 3 im Zement. 

Gestein kann auf unterschiedliche Weise gebildet werden. Dabei handelt es sich um die drei 

Gesteinsarten metamorphes Gestein, Sedimentgestein und magmatisches Gestein. 

Metamorphes Gestein entsteht aus alten Gesteinen unter Einwirkung von hoher Temperatur 

oder hohem Druck, wobei eine Metamorphose abläuft – eine Veränderung der Mineralzusammensetzung. 

Sedimentgestein entsteht durch fortlaufende Ablagerung von Sand, steigendem 

Druck auf tiefer liegende Schichten und daraus resultierender Verdichtung bis hin zum 

spröden Gestein. Magmatische Gesteine sind die Folge von Abkühlungsprozessen heißer 

Magma aus dem Erdinneren. Schnelle Abkühlung lässt nur kleine Kristalle entstehen, den 

Basalt. Erfolgt die Abkühlung langsam im Erdinneren, entsteht Granit mit großen Kristallen. 

6

Einflüsse auf Gesteine 

1. Natürliche Verwitterung 

Steine können durch verschiedene Verwitterungsformen zerstört werden. Als Verwitterung 

bezeichnet man die Zerstörung und Umwandlung der Gesteine und Minerale durch die 

Wirkung exogener Kräfte, z.B. Sonneneinstrahlung, Flüssigkeiten und Frost. 

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen drei Verwitterungsarten: die physikalische, 

chemische und biologische Verwitterung. Diese Arten lassen sich jeweils in Einzelprozesse 

untergliedern. 

Die physikalische Verwitterung verursacht eine mechanische Zertrümmerung der Gesteine. 

Es gibt verschiedene Arten der physikalischen Verwitterung: 

1. Temperaturverwitterung: 

Sie wird durch permanent große Temperaturschwankungen ausgelöst. Bei starker 

Erwärmung der Gesteine dehnen diese sich aus. Während der Abkühlung ziehen sie 

sich unterschiedlich stark zusammen. Es entstehen Spannungen, die das Gestein 

lockern und den Stein sprengen. 

2. Frostsprengung: 

Bei Gefrieren von Wasser in Spalten des Steines erfolgt eine Volumenzunahme von 

bis zu 9%. Diese löst einen enormen Druck aus, der die Belastbarkeit der meisten 

Steine übersteigt und sie sprengt. Die Frostsprengung ist umso intensiver, je häufiger 

sich Frost und frostfreie Phasen abwechseln. 

3. Salzsprengung: 

Salzhaltiges Wasser verdunstet in Ritzen und Hohlräumen der Gesteine. Dabei 

kristallisieren Salze aus, die einen Kristallisationsdruck hervorrufen, der das Gestein 

lockert. Die Wirksamkeit der Salzsprengung wird durch häufigen Wechsel von 

Durchfeuchtung und Austrocknung erhöht. 

Die chemische Verwitterung beruht hauptsächlich auf der lösenden Kraft des Wassers. 

1. Lösungsverwitterung: 

Unter dieser Verwitterung versteht man die Zerstörung von Gesteinen, die leicht 

lösliche Alkali- und Erdalkalisalze (z.B. Kochsalz (NaCl), Kalisalze (KCl), Carbonate, 

Sulfate, z.B. Gips (CaSO 4 )) enthalten. Die Salze werden durch Wasser gelöst und 

ausgewaschen. Daraus folgt der Zerfall des Gesteins. 

Obwohl kalkhaltige Gesteine (CaCO 3 ) im Wasser kaum löslich sind, werden sie zu 

den lösungsfähigen Gesteinen gezählt. Denn durch die schwache Kohlensäure 

(H 2 CO 3 ), die sich bildet, wenn Wasser mit Kohlenstoffdioxid aus der Luft oder aus 

dem Boden angereichert wird, kann das Gestein in Calciumhydrogencarbonat 

umgewandelt werden (Kohlensäureverwitterung). 

2. Hydratation: 

Hydratation bedeutet, dass Wasser in die Struktur des Gesteins eingebaut wird. Die 

Ionen der Mineralsalze ziehen das Wasser aufgrund seiner Dipolwirkung an und 

werden dann von einer Wasserhülle (Hydrathülle) umgeben. Die Bindungskräfte des 

Kristallgitters lösen sich. Die Aufnahme von Kristallwasser führt zur Aufquellung des 

Steins und zur Sprengung des Nachbarsteins. 

7

3. Hydrolyse/ hydrolytische Verwitterung/ Silikatverwitterung: 

Die als Dipol wirkenden Wassermoleküle werden von den Grenzflächenkationen der 

Silikate angezogen. Die H 3 O + -Ionen des Wassers treten hierbei mit den ein- und 

zweiwertigen Kationen (Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Fe² + , Mn 2+ ) der Silikate in Austausch 

und lockern das Gestein. Dadurch entsteht ein instabiles Gitter, das weiterem hydrolytischen 

Zerfall ausgesetzt ist. Die Intensität dieser Verwitterung nimmt mit steigender 

Temperatur zu. 

Die biologische Verwitterung umfasst sowohl physikalische als auch chemische Prozesse. 

1. Wurzelsprengung: 

Pflanzenwurzeln dringen in Gestein ein und sprengen diese durch ihr Dickenwachstum. 

2. chemisch-biologische Verwitterung: 

Die von Pflanzen und Tieren abgesonderten Säuren greifen Steine und Mineralien an 

und zerstören sie auf diese Weise. 

2. Saurer Regen zersetzt Kalk 

Industrie- und Autoabgase (Schwefeloxide, Stickoxide und Kohlenstoffdioxid) regieren mit 

dem Wasserdampf der Luft (speziell in Wolken) zu Säuren. 

Die Säuren verbinden sich bei Regen mit dem Wasser zu sogenanntem sauren Regen: 

SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 schweflige Säure 

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Schwefelsäure 

NO + NO 2 + H 2 O 2 HNO 2 Salpetrige Säure 

CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Kohlensäure 

Wenn dieser Regen auf Kalk und kalkhaltige Gesteinsarten trifft, zersetzt er diesen Stein. 

Diese Gesteinsarten kommen in vielen antiken und mittelalterlichen Bauten vor, vor allem 

fanden sie bei der Darstellung von Figuren an Kirchen und Schlössern Verwendung. Gerade 

diese Kalksandsteinskulpturen sind durch die Emissionen in ihrem Bestand stark gefährdet. 

Beispiel für eine mögliche Zersetzungsreaktion: 

H 2 SO 4 + 2 H 2 O 2 H 3 O + + SO 4 

2- 

2 H 3 O + + SO 4 

2- 

+ CaCO 3 Ca 2+ + SO 4 

2- 

+ CO 2 + H 2 O 

Durch die Auflösung und Umwandlung z.B. des Kalks wird der Stein abgebaut, die Konturen 

einer Skulptur sind zerstört und können nur mit großem technischen Aufwand wieder 

hergestellt werden. 

8

Versuche zur Konservierung von Steinen: 

Imprägnierung von Steinen am Beispiel von Kalksandstein 

Grundversuch 

Zuerst wird eine Emulsion aus Wasser und SILRES BS 

SMK 1311, das aus 20% Polymethylsiloxan, 40% 

Trimethoxysilan, 20% Tetraethylsilikat, 10% 

Ethansäure und 1% Methanol besteht (siehe 

WACKER-Schulversuchskoffer). Die Emulsion besteht 

aus 100 ml Wasser und 10 ml des 

Mikroemulsionskonzentrates. 

Nach Herstellung der Emulsion können die vorher für 

den Versuch zerkleinerten Kalksandsteine in die Emulsion 

gelegt werden. Allerdings werden diese nur zur 

Hälfte in das Imprägniergemisch gestellt, damit der 

Unterschied zwischen imprägniertem und nicht 

imprägniertem Kalksandstein besser veranschaulicht 

werden kann. 

Nach fünf Minuten werden die Kalksandsteine wieder 

aus der Emulsion genommen. Nun muss die 

Imprägnierung mindestens 24 Stunden trocknen, um 

erste Versuche machen zu können. Der Emulsion 

können verschiedene Farben beigemischt werden, um 

eine auch optisch ansprechende Gestaltung zu 

erreichen. 

Der WACKER-Schulversuchskoffer 

Dieser Schulversuchskoffer wurde von 

WACKER für den Naturwissenschaftlichen 

Unterricht entwickelt. Er enthält ein Sortiment 

an WACKER-Chemikalien, Versuchsbeschreibungen 

und theoretischen Erläuterungen 

für Schüler- und Lehrerversuche. 

Zum WACKER-Schulversuchskoffer gibt es 

ein Begleitheft mit folgendem Titel: 

W. Held et al., "Begreifen und Verstehen - 

Schulversuche mit WACKER-Produkten", 

Wacker-Chemie GmbH, München, 1998. 

Das Begleitheft wird zusammen mit dem 

Koffer für Schulen kostenlos von 

WACKER http://www.wacker.com/ 

zur Verfügung gestellt. 

Wacker-Chemie GmbH 

Unternehmenskommunikation 

Hanns-Seidel-Platz 4 

81737 München 

Die organischen Methylgruppen in den Siliconen bewirken einen stark hydrophoben (wasserabstoßenden) 

Effekt, da die Wechselwirkungen zwischen den Methylgruppen und den Wassermolekülen 

äußerst gering sind. 

Reaktionsschema: 

Versuche mit imprägnierten Kalksandsteinen 

1. Versuch: Wassertropfen auf Kalksandstein 

Mit einer Pipette wird je ein Wassertropfen auf die mit der Imprägnierung behandelten Seite 

und auf die unimprägnierte Seite eines Kalksandsteines gegeben. 

Auf der nicht imprägnierten Seite zieht der 

Wassertropfen aufgrund der relativ großen 

Poren des Kalksandsteines sofort ein und es 

bildet sich ein breiter Wasserfleck. Der 

Wassertropfen auf der imprägnierten Seite 

verhält sich dagegen vollkommen anders. Er 

verteilt sich nicht auf der Steinoberfläche 

und er behält seine runde Tropfenform bei. 

Auch nach längerer Wartezeit zieht der 

Wassertropfen nicht ein. 

Abb. 3: Teilimprägnierter Kalksandstein; links ist 

erkennbar, dass der Wassertropfen nicht einzieht. 9

Neigt man den Stein, so läuft der Wassertropfen sehr schnell über die Oberfläche des Steins 

ab. 

Der Wassertropfen kann auf der behandelten Seite nicht in den Kalksandstein einziehen, weil 

bei der Imprägnierung des Steins kleine Siliconteilchen, die sich in der Mikroemulsion 

befinden, tief in den Stein 

eindringen können. Diese Teilchen sind ungefähr 

10⎯ 6 cm klein. 

Während der Stein trocknet, bildet sich eine hydrophobe Siliconschicht, die für die wasserabweisende 

Wirkung verantwortlich ist. Dabei werden die Siliconmoleküle über 

elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den negativ polarisierten Sauerstoffatomen der 

Siliconmoleküle und den Kationen des Baustoffes gebunden. 

Die Siliconmoleküle können auch fest an die Oberfläche des Steins binden. Dies geschieht, 

indem Silicate und Siliconmoleküle über Sauerstoffbrücken gebunden werden. 

2. Versuch: Dauertest eines imprägnierten Kalksandsteins in Wasser 

Ein imprägnierter Kalksandstein wird für den 

Zeitraum von einer Woche in ein Gefäß gelegt, das 

ca. 3 cm hoch mit Wasser gefüllt ist. Während des 

Versuches saugt sich die nicht imprägnierte Seite 

des Steins vollkommen mit Wasser voll. Die 

imprägnierte Hälfte bleibt dagegen trocken. Der 

Stein weist immer noch dieselben Eigenschaften 

wie in Versuch 1 auf, siehe nebenstehende Abbildung. 

3. Versuch: Dauertest in Salzwasser 

Abb. 5: Salzwasserversuch 

Abb. 4: Wasserversuch mit Kalksandstein 

Der Versuchsaufbau ist dem des zweiten Versuches 

ähnlich, jedoch wird der Stein in Salzwasser 

gestellt. Das Versuchsergebnis ähnelt dem 2. Versuch. 

So ist die imprägnierte Hälfte ebenfalls 

trocken. Die feuchte unimprägnierte Seite 

unterscheidet sich durch die auf der Oberfläche 

entstandene Salzkruste. 

Dieser Versuch weist die Notwendigkeit nach, 

Stahlbetonkonstruktionen, wie Brücken, die mit 

Salzwasser in Kontakt geraten, mit einer Imprägnierung 

zu versehen, um Rostbildung an den 

Stahlstreben zu verhindern. 

4. Versuch: „Einwirkung“ von saurem Regen auf Kalksandstein 

Auch in diesem Versuch gleicht der Aufbau den vorherigen Versuchen. Nur wird der Stein in 

ein Gemisch aus verdünnter Salpetersäure und Schwefelsäure gestellt, um den sauren Regen 

zu simulieren. Der pH-Wert liegt bei 2. 

Sobald der Stein in das Säurebad gelegt wird, kann man eine Bläschenbildung an der 

Oberfläche des Steins beobachten. Es handelt sich dabei um CO 2 , das bei der Zersetzung des 

Carbonates im Kalksandstein entsteht. 

10

Über den Zeitraum des Versuches treten deutlich sichtbare Veränderungen am Kalksandstein 

auf. Durch die ätzende Wirkung der Säure lösen sich immer wieder kleine Teile vom Stein ab. 

Es lassen sich auch ohne großen Kraftaufwand mit einem Spatel weitere Stücke vom Stein 

abtrennen. 

In diesem Versuch treten sogar leichte Veränderungen bei der imprägnierten Hälfte des Steins 

auf. Die starke hydrophobe Wirkung der 

Siliconschicht lässt durch die einwöchige 

Einwir-kung der Säure nach. Setzt man nun 

einen Wassertropfen auf die imprägnierte 

Oberfläche, so verteilt sich dieser 

großflächig. 

In der Realität ist der Kalksandstein 

sicherlich nicht permanent der Säure in einer 

solch starken Konzentration ausgesetzt, 

sodass die Einwirkungen des sauren Regens 

erst langsam zu Schädigungen von 

imprägnierten Steinen führen. 

Dieser Versuch zeigt dennoch eindeutig, 

Abb. 6: Kalksandstein in Säurelösung 

warum man den Baustoff Stein gegen Umwelteinwirkungen konservieren sollte. Nur aufgrund 

des Schutzes durch Silikone können Form und Stabilität von Steinen auf lange Zeit erhalten 

werden. 

5. Versuch: Seifen machen den Mörtel wasserabweisend 

Metallseifen hydrophobieren Baustoffe 

Durchführung: 

Fertigzement – unbehandelt und behandelt – wird jeweils in die Aluminiumschale eines 

Teelichtes gefüllt. Zu einem Schaleninhalt wird beim Anrühren Calciumstearat, eine 

Metallseife, unter das Mörtelpulver gegeben. Nach dem Aushärten (1-2 Tage) wird zeitgleich 

ein Wassertropfen auf die Mörtelfläche gegeben und die Zeit gestoppt, bis der Wassertropfen 

in die Mörtelschicht eingezogen ist. 

Auswertung: 

Das Wasser auf dem unbehandelten Mörtel zieht viel schneller ein als im präparierten Mörtel. 

Erklärung: 

Der nur aus ionischen Verbindungen bestehende Mörtel und das stark polare Wasser können 

leicht in Wechselwirkung treten. Calciumstearat jedoch besteht aus einem langen 

hydrophoben Alkylrest und einer hydrophilen Carboxylgruppe. Diese orientiert sich an 

Grenzflächen zu Wasser zum Wasser hin und der Alkylrest vom Wasserweg, also in den 

Mörtel hinein. Dies stört die Wechselwirkungen zwischen Wasser und ionischen 

Verbindungen. Der Mörtel wird mit einer hydrophoben Schicht überzogen, der Zement wurde 

hydrophobiert. 

Anwendung der Imprägnierverfahren in der Technik 

a. Fassadenschutz durch Farbe 

Aufgrund dieser Experimente kann man durch moderne Farben Fassaden schützen. Neben 

Kalk-, Silikat-, und filmbildenden Dispersionsfarben gibt es noch die Siliconharzfarben. Sie 

schützen vor Schäden, die durch eindringendes Wasser und feuchte Mauern entstehen und 

11

deren Kosten jährlich in die Millionen gehen. Durch diese modernen Wandfarben kann viel 

Geld gespart werden. 

Die in den Siliconharzfarben enthaltenen Siliconharze bilden mit dem Außenputz eine 

schützende Hülle aus Füllstoff und Pigmenten, die aus wasserabweisenden Kapillaren und 

Poren besteht. 

Diese Vorgehensweise ermöglicht nicht nur den Schutz der Fassade vor eindringendem 

Wasser sondern auch noch die Durchlässigkeit für Wasserdampf aus der Mauer. 

b. Bohrlochinjektion 

Neue Silicon-Mikroemulsionen, die besonders feinteilig und stabil sind, können selbst in sehr 

kleine Porenräume und Porensysteme eindringen und diese schützen. 

Emulsionen bestehen aus Wasser und einer mit Wasser nicht mischbaren, flüssigen Phase. 

Durch den Zusatz von Emulgatoren und mit Hilfe von Scherkräften können Emulsionen mit 

relativ großen Teilchen hergestellt werden. Weil sich diese aufgrund ihrer zu großen Teilchen 

nicht optimal in den Porenräumen verteilen lassen, sind die neuen Silicon-Mikroemulsionskonzentrate, 

die sich bei Berührung mit Wasser zu äußerst feinteiligen und stabilen 

Silicon-Emulsionen entwickeln, sehr vorteilhaft, weil sie in kleinere Poren eindringen können. 

Bei den Silicon-Mikroemulsionen wandeln sich die Emulgatoren und Coemulgatoren in 

hydrophobe Wirkstoffkomponenten und ergeben mit den eingesetzten Silanen und Siloxanen 

das hydrophobe Siliconharz-Netzwerk. Dieses Netzwerk ist für die wasserabweisende 

Wirkung im Baustoff verantwortlich. 

Man verwendet die Siliconharz-Mikroemulsion bei der Bohrlochinjektion gegen feuchtes 

Mauerwerk. Die Mauern werden feucht, wenn sie keine Horizontal- und Vertikalabdichtung 

besitzen. Der häufigste Grund für den hohen Feuchtigkeitsgehalt ist, dass die Flüssigkeit 

kapillar im Mauerwerk aufsteigt. 

Um dieses zu verhindern, können althergebrachte handwerkliche Arbeiten verrichtet werden, 

wie zum Beispiel das Einziehen einer Abdichtungsfolie in ein freigelegtes Mauerwerk. 

Neben diesen herkömmlichen Methoden gibt es die Bohrlochinjektion. Bei diesem Verfahren 

werden Bohrlöcher in das Fundament des Bauwerkes gebohrt. Als erstes muss der alte Putz 

bis etwa einen halben Meter über der sichtbar feuchten Stelle abgeschlagen werden. Dann 

wird ein Dichtungsschlamm aufgetragen, der verhindert, dass die injizierte Siliconemulsion 

unter dem Druck herausquillt. Danach müssen die Bohrlöcher gesetzt werden. Diese werden 

mit Schläuchen verbunden, durch die eine Pumpe das Präparat, die Silikon-Mikroemulsion, 

mit sehr hohem Druck tief in die geschädigte Mauer presst. Der Druck wird 10 Minuten lang 

aufrechterhalten, damit ein Eindringen in alle Poren garantiert werden kann. Als letztes folgt 

ein spezieller Sanierputz mit besonders vielen und besonders großen Poren. Diese Poren 

müssen die Salze aufnehmen, die beim Verdunsten des Wassers zur Oberfläche der Mauer 

transportiert werden. Wenn diese Hohlräume nicht vorhanden wären, würden sich die Salze 

auf der Maueroberfläche sammeln und neue Feuchtigkeit anziehen. 

Die Silicon-Mikroemulsion dringt auch in feuchtes Mauerwerk ein und verteilt sich in den 

Poren. Durch Feuchtigkeit verbinden sich die Moleküle zum Polysiloxan, einem Netzwerk, 

das dadurch, dass es in den Poren nicht schrumpft, keine Kapillaren hinterlässt, in die dann 

wieder Feuchtigkeit eindringen kann. 

Silicon-Mikroemulsionen schonen im Gegensatz zu Siloxanen und Siliconharzen, die in 

Alkohol oder Testbenzin gelöst werden, die Gesundheit und die Umwelt. 

12

Der Werkstoff Holz 

Was ist Holz? 

Der Begriff Holz stammt aus dem Althochdeutschen und bedeutet soviel wie „Abgehauenes“. 

Es bezeichnet die feste bzw. harte Substanz des Stammes, der Äste und Zweige von Bäumen 

und Sträuchern. Als vielseitiger, insbesondere aber nachwachsender Rohstoff ist Holz eines 

der wichtigsten Pflanzenprodukte. Gehölze gehören daher auch zu den ältesten Nutzpflanzen. 

Holz besteht aus: 

• Zellulose (40-50 %) 

• Lignin (20-30 %) 

• Hemicellulose (Polyosen) (20-30 %) 

• Fette, Stärke, Zucker, Eiweiß, Phenole, Wachse, Pektine, Gerbstoffe (nur bei 

Laubhölzern), Sterine, Harz, Terpene (1-3 %, Tropenholz bis 15 %!) 

• Asche (0,1-0,5 %, Tropenholz bis 5 %) 

Splint- und Kernholz 

Als Splintholz wird der Bereich des Stammes bezeichnet, in dem noch Wasser- und Nährstofftransport 

stattfindet (lebende Zellen). Bei Splintholzbäumen (z. B. Bergahorn, Birke, 

Erle, Pappel, Spitzahorn, Weißbuche usw.) ist es der gesamte Stammquerschnitt. Er weist eine 

einheitliche Farbgebung auf und es findet auch keine Verkernung statt. 

Von der Verkernung von Holz spricht man, wenn die 

inneren Wasserleitbahnen des Stammes unterbrochen 

werden und die Zellen absterben. Dies geschieht in der 

Regel in einem Alter von ca. 20-40 Jahren. Danach 

werden Kerninhaltsstoffe gebildet und in die Zellwände 

eingelagert, was oft zu einer Erhöhung der natürlichen 

Dauerhaftigkeit führt. Ist der Kernbereich deutlich durch 

eine dunkle Färbung zu erkennen, spricht man von 

Kernholzbäumen (z. B. Eiche, Walnuss, Kiefer, Kirschbaum, 

Douglasie, Lärche, Robinie usw.). 

Abb. 7: Kernholzbaum (Kiefer) 

Unbehandeltes Holz ist als natürlicher Baustoff umweltfreundlich in der Beschaffung und 

Verarbeitung. Es lässt sich problemlos recyceln, es kann sogar kompostiert werden. Dies ist 

aber gleichzeitig auch sein größter Nachteil, da Holz anfällig ist gegen den Befall durch Pilze, 

Insekten oder Mikroorganismen. Da die meisten Bausteine nur die Atomsorten C, H und O 

beinhalten, wird bei ihrer Zersetzung auch nur so viel CO 2 freigesetzt wie beim Aufbau 

gebunden wurde. 

Hier nun spielen Konservierungsmöglichkeiten für das Bauholz eine wichtige Rolle. In der 

Folge beschäftigt sich die Arbeit weniger mit den herkömmlichen Holzschutzmitteln als 

vielmehr mit heute möglichen Alternativen. 

13

Herkömmliche chemische Holzschutzmittel 

Herkömmliche Holzschutzmittel werden in vier wesentliche Bereiche unterteilt, wobei die am 

häufigsten verwendeten Holzschutzmittel-Wirkstoffe chlorierte Kohlenwasserstoffe sind (z.B. 

Pentachlorphenol oder Lindan). Diese sind dadurch, dass sie im Körperfett gespeichert 

werden, giftig und können zu organischen Spätschäden führen! 

Ihre Wirkung ist vornehmlich ausgerichtet auf die Bekämpfung von Pilzen und Insekten. 

Durch geeignete Beimengungen wird oftmals gleichzeitig eine wasserabweisende 

Schutzschicht aufgebracht, die den Zersetzungsprozess zu verlangsamen hilft. Die insektizide 

bzw. fungizide Wirkung wird erreicht durch die Verwendung von chlorierten Kohlenwasserstoffen, 

aber auch teilweise hochgiftigen anorganischen Substanzen wie z.B. Chrom- oder 

Arsenverbindungen. Ihre Verwendung ist auf den Außenbereich beschränkt, kann aber zu 

Umweltschäden führen. 

Alternativer Holzschutz durch die Zellstoffmodifizierung 

Die kritische Betrachtung des Einsatzes aggressiver Holzschutzmittel sowie des dauerhaften 

Gebrauchs witterungsresistenterer Tropenhölzer durch den Endverbraucher stellt mittlerweile 

einen ernstzunehmenden Faktor für die Holzindustrie in Mitteleuropa dar. Als Folge davon 

gewinnen in vielen Anwendungsbereichen andere Baustoffe stetig größeren Absatz, wie zum 

Beispiel Kunststoffe. Zudem sinkt weltweit überwiegend die Holzqualität schnell wachsender 

Holzarten für hochwertige Anwendungsbereiche. Umwelt- und Gesundheitsschutz rücken in 

den Vordergrund. 

In diesem Spannungsfeld haben Industrie und Forschung den dringenden Handlungsbedarf 

rechtzeitig erkannt, um neuartige Schutzmethoden und Produktionsprozesse zu entwickeln. 

Gefordert werden hierbei Verfahren, die nicht ausschließlich auf die Erhöhung der Dauerhaftigkeit 

des Holzes abzielen, wie es bei den herkömmlichen, rein chemischen Holzschutzverfahren 

der Fall ist, sondern auch auf eine gleichzeitige Verbesserung anderer Holzeigenschaften, 

zum Beispiel den Brandschutz sowie den Gesundheitsschutz des Endverbrauchers. 

Da Holz in der Hauptsache aus Zellstoff (Cellulose) besteht und dieser Stoff sowohl für die 

Zersetzer als auch für das Wasser die besten Angriffspunkte liefert, wird durch geeignete 

Verfahren eine chemische Veränderung angestrebt. Zu den neuen Methoden der Zellstoffmodifizierung 

gehören die Hitzebehandlung (Abbau), die Ölbehandlung (Abbau, Vernetzung 

und Hydrophobierung), die Harzbehandlung (Blockade und Vernetzung), die 

Acetylierung (Pfropfung), die Holzvernetzung sowie die Verkieselung. Alle Verfahren 

haben zum Ziel, die leicht angreifbaren hydrophilen Hydroxylgruppen in den Cellulose-Kette 

der Zellwand auszuschalten (siehe Abb. 8). 

14

Abb. 8: Modifikation der Zellwand zur Verringerung der Quellung und Erhöhung der biologischen Resistenz 

Holz ist im Bau- und Konstruktionsbereich oft das bevorzugte Material, da es in einem breiten 

Spektrum unterschiedlicher Dichte, Farbe, Festigkeit und Dimension verfügbar ist. Zudem hat 

Holz ein vorteilhaftes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was eine günstige Konstruktionsweise 

ermöglicht. Holz besitzt akustische und Wärme isolierende Eigenschaften und korrodiert 

nicht. Selbst im Brandfall weist es vorteilhafte Eigenschaften auf. 

Schließlich ist es eine natürliche, ästhetisch ansprechende, erneuerbare, recycelbare und 

biologisch abbaubare Ressource. 

Doch gerade diese Eigenschaften erschweren die Holznutzung, ebenso wie die Veränderung 

der Stabilität durch das Eindringen von Feuchtigkeit und das langsam fortschreitende 

Zerstören des Zellstoffes durch das UV-Licht. 

Die Holzindustrie versucht, die Effekte der natürlichen Schwachpunkte des Holzes entweder 

durch den kritischen Einsatz natürlich dauerhafter tropischer Harthölzer oder durch den 

Schutz nicht-dauerhafter heimischer Hölzer mit Hilfe von chemischen Holzschutzmitteln zu 

minimieren. Doch durch den – nicht nur in Deutschland – wachsenden Druck aufgrund 

ökologischer und gesundheitlicher Aspekte, forschen viele nach alternativen Methoden zum 

Schutz gegen den biologischen Zerfall des Holzes. Mit Hilfe der Zellstoffmodifizierung kann 

die molekulare Struktur der Zellwandsubstanz verändert werden. 

In erster Linie wird bei vielen Prozessen die Stabilität des Holzes erhöht, da man entweder die 

Zellwand in einem permanent geschwollenen Zustand überführt oder durch die Behandlung 

das Eindringen von Wasser stark vermindert. 

Jedes Verfahren zur Holzmodifizierung erfordert jedoch für jede Holzart umfangreiche Untersuchungen 

zur Optimierung der Produktionsprozesse, zur Wirksamkeit in Hinsicht auf Quellung 

und Schwindung, Pilzbefall und UV-Stabilität, zur Veränderung von für die Verwendung 

des Holzes wichtigen Eigenschaften, vor allem der Festigkeitswerte, sowie der Farbe, der 

Verleimbarkeit usw.. 

15

Die Methoden im Einzelnen: 

1. Hitzebehandlung ( s. Versuch 2 ) 

Die Hitzebehandlungsverfahren sind die wohl am weitesten entwickelten Modifizierungsverfahren 

in Europa. Sie unterscheiden sich zwar durch die technische Umsetzung, doch wird 

bei allen Verfahren das von Fengel und Wegener 1989 endgültig entdeckte Prinzip der 

chemischen Veränderung von Zellbestandteilen bei erhöhten Temperaturen etwa über 160°C 

genutzt, wodurch das Holz weniger schnell durch Pilze befallen werden kann. Beim Erhitzen 

von Holz auf Temperaturen zwischen 160°C und 240°C werden unter anderem die 

hydrophilen Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) in den Zellwänden je nach Verfahren in einer 

Heißluft-/Wasserdampfatmosphäre, in einer sauerstofffreien Stickstoffumgebung oder in 

einem Ölbad abgetrennt. Generell wurde durch die Entwicklung moderner Zellstoffmodifizierungen 

deutlich, dass die thermische Modifizierung für schwer tränkbare Holzarten die 

einzige Möglichkeit ist, die Dauerhaftigkeit zu erhöhen. Denn die chemischen Modifizierungsverfahren 

erfordern ebenso wie die klassische Tränkung mit Holzschutzmitteln, dass 

die Wirkstoffe gut in das Holz eindringen können. 

Bereits in den 70er Jahren wurden in Deutschland Praxisversuche mit hitzebehandeltem Holz 

durchgeführt. Die Forschungsergebnisse und Praxisversuche zeigten zwar, dass das Holz eine 

erhöhte Dauerhaftigkeit hat und die Aufnahmefähigkeit von Feuchtigkeit abnimmt, jedoch die 

Einfuhr von Tropenholz ließ dieses Verfahren in Vergessenheit geraten. Erst in den 90er 

Jahren wurde die Idee erneut aufgegriffen und weiterentwickelt. Es entstanden das mehrstufige 

Plato-Verfahren in den Niederlanden, verschiedenen Hitzeverfahren in Finnland und 

Frankreich sowie das Hitze-Öl-Verfahren in Deutschland. Bei allen neuen Verfahren zeigt 

sich, dass die Dauerhaftigkeit des Holzes noch deutlich verbessert wurde. 

2. Hydrophobierung mit pflanzlichen Ölen ( s. Versuch 2 ) 

In Deutschland werden Prozesse angewandt, bei denen warmes Pflanzenöl mit ca. 8 bar Überdruck 

über mehrere Stunden in das Holz gepresst wird. Hierdurch wird das Holz getrocknet. 

Die Vernetzung in den Zellwänden bewirkt eine Hydrophobierung, dass heißt eine Wasser 

abstoßende Wirkung des Holzes. Am Ende des Verfahrens wird ein Teil des Öles wieder 

entzogen. Das dabei im Holz verbleibende Öl soll eine langfristig wetterfeste Oberfläche 

garantieren. Zusätzlich werden einige Hydroxylgruppen durch die erhöhten Temperaturen der 

Pflanzenfette geringfügig abgebaut. 

3. Harzbehandlung ( s. Versuch 1) 

Der Einsatz von Kunstharzen und natürlichen Harzen zur Holzmodifizierung wird schon seit 

vielen Jahren praktiziert. Das Augenmerk der meisten Behandlungen richtet sich auf die 

Verbesserung der Festigkeitseigenschaften oder der Oberflächenhärte. Zu Beginn der 90er 

Jahre wurde mit dem Hintergrund der Tropenholzdiskussion die Forschung der Kunstharzimprägnierung 

wiederbelebt. Nun wird es zudem nicht mehr nur zur Verbesserung der 

physikalischen Eigenschaften sondern auch zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit praktiziert. 

Bei dem Verfahren härten wasserlösliche Melamin-Formaldehydharze in den Zellwänden bei 

Temperaturen zwischen 100 und 140 Grad Celsius zu wasserunlöslichen Polymeren aus. Dies 

hemmt den Befall durch Holz zerstörende Pilze und erhöht die Härte- und Abriebeigenschaften 

des Holzes. Allerdings führt das Verfahren nur bedingt zu einer verbesserten Dauerhaftigkeit. 

16

4. Acetylierung ( s. Versuch 3 ) 

Ein sehr gut erforschtes Modifizierungsverfahren ist die Acetylierung des Holzes mit Essigsäureanhydrid. 

Die Acetylierungstechnik ist nicht neu, sie kommt bereits in verschiedenen 

industriellen Verfahren zur Anwendung, wie zum Beispiel zur Herstellung von Textilien oder 

der Produktion von Zigarettenfiltern (Acetylcellulose). Während der Reaktion von Holz mit 

Essigsäureanhydrid werden die Hydroxylgruppen der Zellwand in Acetylgruppen überführt. 

Diese Acetylgruppen sind im Holz schon von Natur aus in geringer Anzahl vorhanden. 

Während der Reaktion entsteht das Nebenprodukt Essigsäure, die wiederum in Essigsäureanhydrid 

umgewandelt werden kann. Acetyliertes Holz enthält genauso wie unbehandeltes 

Holz nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff als chemische Bausteine und bleibt damit 

frei von toxischen Substanzen. Somit stellt die Entsorgung von acetyliertem Holz auch kein 

großes Problem dar. 

Durch die Acetylierung wurden ebenfalls eine erhöhte Dauerhaftigkeit, die Widerstandsfähigkeit 

gegenüber Pilzen, eine geringere Holzquellung, eine Verdichtung der Zellstruktur und 

eine größere UV-Lichtresistenz erreicht. 

5. Verkieselung / Silylierung ( s. Versuch 4 ) 

In den Zusammensetzungen Kieselsäure + Natriumoxid/Kaliumoxid als Wasserglas oder 

Kaliwasserglas sind oberflächige Verkieselungen von Holzbauteilen im Brandschutz bekannt. 

Auf älteren Dachstühlen lässt sich dieser milchigweiße Überzug noch oft feststellen. Er sollte 

nach 1942 ein (letztendlich aber untaugliches) Mittel gegen die Brandminen und Brandbomben 

der beginnenden Luftangriffe auf die deutschen Städte sein. Damals behandelte 

Hölzer sind bis heute auch recht unversehrt von Insektenbefall geblieben. 

Daher wurde auch im Holzschutz dieses Verfahren ausprobiert. Jedoch dauert der Verkieselungsprozess 

über Jahre, was bei einer solange bestehenden Wasserlöslichkeit die Anwendung 

an Hölzern im Freien oder mit Erdkontakt ausschloss. 

Bei der in der Praxis genannten „Verkieselung“ handelt es sich um Einlagerungsreaktionen 

mit Siliziumkomponenten. Siliziumverbindungen, wie zum Beispiel Alkylsilane und Alkoxysilane, 

werden schon seit längerem auf ihre Anwendung in der Holzmodifizierung erforscht. 

Ein Vorteil von Verkieselungsreaktionen zum Einsatz in der Holzmodifizierung ist vor allem 

dann gegeben, wenn die Siliziumverbindungen chemische Verbindungen mit der Holzzellwand 

eingehen. In diesem Fall scheint es erwiesen, dass das Holz nicht nur Wasser abweisend 

wird, sondern auch ein verbessertes Quellverhalten und eine erhöhte Dauerhaftigkeit gegen 

Pilze und Insekten besitzt. Außerdem haben Versuche gezeigt, dass das Holz nicht nur eine 

bessere Oberflächenhärte, sondern auch eine erhöhte Lichtstabilität hat. Ein anderer für die 

Praxis wichtiger Aspekt ist, dass verkieseltes Holz, wie schon bereits erwähnt, ein verbessertes 

Brandverhalten aufweist. 

Bei tiefgehenden Tränkbehandlungen ist eine Versprödung des Materials nicht auszuschließen, 

was eine geringere Festigkeit zur Folge hat. Zudem führen bei der Anwendung die 

eingebrachten Modifizierungsstoffe wie Wasserglas, Kieselsole oder Alkyl-/Alkoxy-Silkane 

zudem zu einer Gewichtszunahme von 20-50%. 

Zusammenfassung und Vorschau 

Der Gedanke der chemischen oder chemisch-physikalischen Holzmodifizierung ist keinesfalls 

neu. Schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts fanden erste Forschungsansätze statt. Das Ziel der 

Forschung war durch gezielte oder ungezielte Eingriffe in die Holzzellwand, die Holzeigenschaften 

zu verbessern. Meist wurde auf eine verbesserte Dauerhaftigkeit alleine oder in 

Kombination mit verbesserten Quellungseigenschaften hingezielt. Viele Anstrengungen 

17

wurden nicht zur Praxisreife entwickelt. Die Gründe dafür lagen oftmals in der nicht ausgereiften 

Technologie, zu hohen Produktionskosten und anderen kostengünstigeren Alternativen, 

wie zum Beispiel Tropenholz oder Kunststoffe. In den letzten Jahren hat jedoch ein 

Umdenken stattgefunden. Der Kunde verlangt nach natürlichen, umweltfreundlichen 

Materialien, die produzierende Industrie versucht hierauf stets mehr einzugehen. Der gleichzeitige 

Boykott von Tropenhölzern und die Ablehnung gegenüber vielen gesundheitsbedenklichen 

Holzschutzmitteln zwingt die Holzindustrie, neue Wege anzudenken und neue 

Prozesse zu entwickeln. Auch wenn die meisten Verfahren der Holzmodifizierung teurer sind 

als die herkömmlichen, wird modifiziertes Holz in den nächsten Jahren in zunehmender 

Masse auf dem Markt angeboten werden. 

Versuche zur Konservierung von Holz 

Versuch 1 - Harzbehandlung 

Chemikalien: 

Tedma (Triethylenglykoldimethacrylat), Wasser, 

Holz 

Geräte: 

Becherglas, Bunsenbrenner, Dreifuß, Digital- 

Schiebelehre 

Durchführung 1: 

Zunächst wird Tedma in ein Becherglas gefüllt und 

ein Stück Holz hinein gestellt. Anschließend wird 

das Becherglas über dem Bunsenbrenner für ca. 8- 

10 min auf 100-140°C erhitzt. 

Beobachtung: 

Es lässt sich eine Veränderung der Viskosität des 

Tedmas feststellen. Das Tedma wird zunächst 

gelartig und später hart. 


Abb.9: Erik (li) und Niklas bei der Harzbehandlung 

Nun wird das Holzstück aus dem Becherglas entnommen 

und das auf ihm enthaltene, überschüssige 

Tedma entfernt. Für die weiteren Versuche ist es wichtig, dass das Holz vollkommen 

trocken ist. Daher muss es im Trockenschrank bei einer Temperatur zwischen 75 und 80°C 

getrocknet werden. 

Nach diesem Vorgang misst man die Stärke des Holzes an einer markierten Stelle. Dann wird 

es für rund 45 Stunden in Wasser gelegt und im Anschluss erneut gemessen. 

Für Vergleichszwecke wird der Versuch auch mit einem unbehandelten Stück Holz 

durchgeführt. 

Beobachtung/Ergebnis: 

Während das unbehandelte Holz um 0,73mm, also 3,3%, aufquillt, ist die Quellung beim 

harzbehandelten Holz mit 0,3mm oder 1,4% geringer. 

18

Versuch 2 - Hitze- oder Ölbehandlung 

a. 

Chemikalien: 

Sonnenblumenöl, Wasser, Holz 

Geräte: 

Becherglas, Bunsenbrenner, Digital-Schiebelehre 


Das Stück Holz wird in ein mit Sonnenblumenöl gefülltes Becherglas gestellt. Dann wird es 

über dem Bunsenbrenner für 25-30 min auf über 150°C erhitzt. 

Beobachtung: 

Es findet eine Verfärbung statt. Der Holzteil im Öl wird dunkler. 


Das Holz wird im Trockenschrank zwischen 75 und 80°C getrocknet. Daraufhin wird die 

Stärke gemessen und das Holz in Wasser gegeben. Nach 45 Stunden entnimmt man es und 

misst erneut die Stärke an derselben Stelle. Der Versuch wird mit einem unbehandelten Stück 

Holz gleicher Stärke wiederholt. 

Ergebnis: 

Das behandelte Holz hat im Vergleich zum unbehandelten Holz eine geringere Quellung. Sie 

beträgt nur 0,39 mm bzw. 1,7% (gegenüber 0,81 mm und 3,3%). 

Das Öl tritt in Wechselwirkung mit den Cellulosemolekülen des Holzes und verhindert somit 

durch seine hydrophoben Eigenschaften ein Eindringen von Wasser in das Holz. 

b. 

Chemikalien: 

behandeltes Holz aus 2a, 1g Sudan III (Ceresinrot), 20g Kreide 

Geräte: 

Mörser, Spachtel, Säge 

Durchführung : 

Das Holz wird im behandelten Bereich durchgesägt und die vorher hergestellte homogene 

Kreide-Sudan III-Masse wird mit Hilfe eines Spachtels aufgetragen. 

Nun fertigt man einen Abdruck auf ein weißes Papier. 

Beobachtung: 

Es ist eine dunkelrote Verfärbung am Eindringbereich des pflanzlichen 

Öles zu erkennen. 

Abb. 10: Stempelabdruck durch eingedrungenes und angefärbtes Öl 

Versuch 3 – Acetylierung 

Chemikalien: 

Essigsäureanhydrid, Wasser, Holz 

Geräte: 

Becherglas, Digital-Schiebelehre 


Das Holz wird zusammen mit der Essigsäureanhydrid-Lösung in ein Becherglas gegeben. 

Danach wird das Holzstück im Trockenschrank gelagert und anschließend die Dicke 

gemessen. 

Daraufhin kommt es in ein mit Wasser gefülltes Becherglas und wird nach 45 Stunden erneut 

gemessen. Wiederholung mit unbehandeltem Holzstück. 

19

Beobachtung: 

Im Gegensatz zum Vergleichsstück ist hier keine Quellung festzustellen. 

Die Acetylierung führt zur Aufhebung der hydrophilen Funktion der OH – Gruppen der 

Cellulose: 

Essigsäureanhydrid 

Abb. 11: Reaktionsmechanismus zur Acetylierung von Holz 

Versuch 4 - Verkieselung/Silylierung 

a. 

Chemikalien: 

Wasserglas, Wasser, Holz 

Geräte: 

Becherglas, Digital-Schiebelehre 


In ein Becherglas wird Wasserglas gefüllt und 

anschließend ein Stück Holz gestellt. Dieses wird 

über 120 Stunden im Wasserglas getränkt. 

Abb. 12: Holzstück im Wasserglas-Bad 

Beobachtung: 

Die Viskosität der Wasserglaslösung erhöht sich und es bilden sich Kristalle am Holz. 


Das Holzstück wird bei 75-80°C getrocknet und anschließend vermessen. Danach wird es für 

45 Stunden in Wasser gestellt und anschließend ein weiteres Mal an der markierten Linie 

gemessen. 

Beobachtung: 

Das Holz quillt nur um 0,01mm. Demnach ist eine Quellung und die damit verbundene 

Volumenzunahme praktisch nicht nachweisbar. 

20

Abb. 13: Verkieselung von Holz mit Alkylsilkanen 

b. 

Chemikalien: 

behandeltes Holz aus 4a 

Geräte: 

Bunsenbrenner, Tiegelzange 


Das verkieselte Holz wird über der Flamme des 

Bunsenbrenners der direkten Verbrennung 

ausgesetzt. 

Beobachtung: 

Es ist eine andere, kleinere Flamme zu erkennen, 

die eine dunkle orange Farbe hat. Ruß entsteht 

nicht und auch glüht das Holz nicht. Erst nach ca. 

15 min und bei 1100°C beginnt das Holzstück zu 

glühen. 

Ergebnis: 

Der Brandschutz wirkt. 

Abb. 14: Entzündprobe mit einem behandelten und 

einem unbehandelten Holzstück 

Abb. 15: Reaktion von Holz mit 

Alkoxysilkanen 

21

Anhang: 

Vor- und Nachteile bei verschiedenen Methoden der Holzmodifizierung 

Modifizierungsart Vorteile Nachteile 

Hitzebehandlung 

thermische Modifikation 

• niedrige 

Ausgleichsfeuchte 

• steigende Stabilität 

• verbesserte 

Dauerhaftigkeit 

• preiswert 

• Festigkeitsverluste 

Acetylisierung 

chemische 

Modifizierung, 

mehrstufig 




• erhöhte UV-Stabilität 

• Härte 

• Geruch 

• Korrosion 

• Verfärbungen 

• Umweltbelastung durch 

die Produktion 

• hohe Kosten 

Harztränkung 

Einlagerung / 

Blockierung 

chemische 

Modifizierung, 

mehrstufig 

Hydrophobierung mit 

pflanzlichen Ölen 

Hydrophobierung ohne 

Veränderung der 

Zellstruktur 

• verbesserte mechanische 

Eigenschaften 




• Wasser abweisend 

• niedrige 

Ausgleichsfeuchte 


• Rissbildungen 

• aufwendiger Prozess 

• Dauerhaftigkeit wie 

unbehandeltes Holz 

• dunkle Verfärbungen 

• „Ausschwitzen“ des Öls 

• Verleimungs- und 

Beschichtungsprobleme 

Verkieselungen / 

Silylierungen 

Druckimprägnierung 

oder Oberflächenbehandlung 

mit 

Siliziumverbindungen 



• Brandschutz 

• Oberflächenhärte 

• Gewichtszunahme, 20- 

50% 

• Probleme bei der 

Verleimung und 

Beschichtung 

• Verbau nicht im freien 

oder mit Erdkontakt 

(Quelle: http://www.holzfragen.de/seiten/modifizierung.html) 

Anmerkung: 

Die Bewertungen sind nicht endgütig und können sich durch neue Herstellungsprozesse oder 

neue Erkenntnisse unter Umständen ändern. Zudem muss man auch die Herstellungskosten, 

die Frage der Umweltbelastungen aus Produktion und die zu erwartenden Arbeitsschutzanforderungen 

bei der Weiterverarbeitung berücksichtigen. 

Der Werkstoff Metall 22

Geschichte: 

Kupfer ist eines der ersten vom Menschen genutzten 

Metalle. Es wurde wohl vor etwa 6000 - 10000 Jahren 

per Zufall in besonders heiß brennenden Holzkohlefeuern 

entdeckt, wo es in 

reiner Form aus kupferhaltigen Gesteinen austreten 

konnte. Auch Zinn wurde schon vor ca. 5000 Jahren 

entdeckt. Von der Entdeckung dieser beiden Metalle bis 

zur Herstellung erster Legierungen (CuSn = Bronze) war 

es dann nur noch ein kurzer Weg, was einer ganzen 

Kulturepoche (Bronzezeit) ihren Namen gab. Waffen, 

Gebrauchsgegenstände und Schmuck wurden aus Bronze 

hergestellt. 

Zinkerz (Zinkcarbonat) ist seit der Bronzezeit bekannt 

und wurde in der Antike mit Kupfer zu Messing (CuZn) 

legiert. Bereits etwa 3000 vor Christus wurde es in Babylon und Assyrien verwendet, in 

Palästina etwa 1400 - 1000 vor Chr.. Messing wurde schnell ein wichtiges Münzmetall bei der 

Münzprägung, fand aber auch Verwendung bei der Schmuckherstellung. 

Eisen-Legierungen fanden bereits in der Antike Anwendung, allerdings nur aus Meteoriten, in 

denen sich häufig die Legierung Eisen-Nickel (Fe-Ni) befindet. Da Meteoriten selten 

gefunden wurden, waren Gegenstände aus Eisen entsprechend wertvoll. Die Sumerer nannten 

es „Himmelsmetall“, die Ägypter „schwarzes Kupfer vom Himmel“. Verhüttetes Eisen 

(Erkennung durch Fehlen von Nickel) wurde in Mesopotamien, Anatolien und Ägypten 

gefunden und ist etwa 3000 bis 2000 vor Chr. entstanden. Es war wertvoller als Gold und 

wurde vor allem für zeremonielle Zwecke verwendet. 

Es verwundert nicht, dass zuerst das edlere Metall Kupfer verwendet wurde, später dann 

Mischungen verschiedener Metalle, die sogenannten Legierungen. Sowohl Kupfer als auch 

die Legierungen waren gegenüber Umwelteinflüssen relativ stabil und konnten so vielfach 

eingesetzt werden. Reine unedlere Metalle wie z.B. das Eisen korrodierten an der Luft sehr 

leicht und verloren im Laufe der Zeit ihre Funktion. Da Eisen aber aus ökonomischen 

Gründen weltweit eines der am meisten genutzten Metalle ist, wurden und werden viele 

Versuche unternommen, die Beständigkeit dieses Metalls gegenüber Umwelteinflüssen zu 

erhöhen. Wir haben in Schulversuchen einige dieser Maßnahmen mit unterschiedlichen 

Metallen nachvollzogen. 

Chemie des Rostens: 

Was geschieht, wenn z. B. das Metall Eisen rostet? 

Abb. 18: Verrosteter Schlüssel 

Abb. 17 : Die kleine Meerjungfrau – 

Bronzestatue in Kopenhagen 

Unter der Korrosion von Metallen versteht man die Zersetzung 

der Metalle durch äußere Umwelteinflüsse. Die Korrosion des 

Eisens ist eine sehr langsam ablaufende, chemische Reaktion 

mit Wasser und Sauerstoff. Bei der Reaktion des Wassers und 

des Sauerstoffs mit dem Metall bildet sich ein poröser, rotbrauner 

Überzug auf dem Eisen, der Rost genannt wird. Daher 

wird die Korrosion des Eisens auch als „Rosten“ bezeichnet. 

Auf der Oberfläche des Eisens findet eine Oxidation statt. Der 

daraus entstehende Überzug besteht aus einer wechselnden Zusammensetzung von Eisenoxid 23 

und Eisenhydroxid (FeO(OH)). Dieses Gefüge ist sehr porös und ohne jegliche Festigkeit. Die

auf dem Eisen entstehenden Rostschichten werden dicker, was zu einer Volumenzunahme des 

Eisens führt. Durch diese Volumenzunahme entsteht eine wachsende Spannung im Eisen, was 

letztendlich zum Abplatzen des Rostes von dem darunter liegenden Eisen führt, sodass dieses 

erneut von Wasser und Sauerstoff angegriffen werden kann. So wird immer wieder neues 

Metall angegriffen und es wird vom Rost „zerfressen“. Der Vorgang des Rostens kann durch 

Hinzugabe von Salz oder Säure beschleunigt werden. 

Die Reaktion des Rostens an der Luft läuft folgendermaßen ab: 

Oxidation : Fe → Fe 

2+ 

+ 2e 

1 

Re duktion : O2 

+ H 

2O 

+ 2e 

2 

2+ 

− 

Fe + 2OH 

→ Fe( 

OH ) 

2 

− 

− 

→ 2OH 

− 

Anschließend reagiert das Eisenhydroxid mit dem Sauerstoff der Luft, wobei die Eisen (II) – 

Ionen zu Eisen (III)-Ionen oxidiert werden: 

2 Fe(OH) 2 + O 2 2 FeO(OH) (Fe 2 O 3 x H 2 O) 

Dies ist der entstandene Rost. 

Versuch: 

Korrosionsverhalten von Eisen 

Geräte 

Säge, große Reagenzgläser 

Chemikalien 

mit selber hergestelltem Lack geschützter Eisennagel, feuerverzinkter Eisennagel (ebenfalls 

selbst hergestellt), verzinnter Nagel, Wasser, Kochsalz 

Durchführung 

Jeweils ein lackierter Eisennagel, ein verzinnter Nagel und ein feuerverzinkter Eisennagel 

werden so angesägt, dass das darunter liegende Eisen frei wird. Anschließend werden die 

präparierten Nägel in je ein Reagenzglas mit Kochsalzlösung gestellt, so dass sich die 

angesägten Stellen in der Lösung befinden. Man lässt die Nägel mehrere Tage in der Lösung 

stehen. 

Beobachtung 

Nach einigen Tagen beobachtet man an der angesägten Stelle des verzinnten Nagels 

Rostbildung. Das feuerverzinkte Blech rostet dagegen nicht. 

Auswertung 

Eisenbleche werden feuerverzinkt, damit diese nicht so schnell zu Rosten beginnen 

(Korrosionsschutz). Auch wenn das Eisen an einigen Stellen blank liegt, wird aufgrund des 

niedrigeren Redoxpotenzials zuerst das Zink als unedleres Metall oxidiert. Es bildet sich ein 

sogenanntes Lokalelement, wobei die Elektronen vom unedleren Metall (Zink) zum edleren 

Metall (Eisen) wandern und dort mit dem Wasser der Elektrolytlösung (Kochsalzlösung) 

reagieren. Das Eisen selbst reagiert dabei nicht. 

24 

Anode: Zn Zn 2+ + 2 e - (Oxidation)

Kathode: 2 H 2 O + 2 e - 2 OH - + H 2 (Reduktion) 

Der Überzug von Eisenblech mit Zinn (Weißblech) z. B. in Getränke- oder Konservendosen 

soll verhindern, dass die zum Teil sauren Lebensmittel nicht mit dem Eisenblech reagieren 

und so verderben bzw. ungenießbar werden. In diesem Fall wählt man Zinn aus, da es edler 

als Eisen ist und deshalb auch nicht mit Säuren reagiert. Wird aber eine solche Schutzschicht 

beschädigt, schreitet das Rosten des Eisens sehr schnell voran, da sich auch hier ein 

Lokalelement bildet. In diesem Fall wandern die Elektronen vom unedleren Metall (Eisen) 

zum edleren Metall (Zinn). Das Eisen wird oxidiert und die Elektronen am Zinn reagieren mit 

dem Wasser der Elektrolytlösung: 

Anode: Fe Fe 2+ + 2 e - 

(Oxidation) 

Kathode: 2 H 2 O + 2 e - 2 OH - + H 2 (Reduktion) 

Mit Lack behandelter Eisennagel 

Ist ein Nagel durch Lack geschützt, dann wird zuerst der Lack durch den Luftsauerstoff 

angegriffen. Dadurch ist das Metall geschützt. Oft müssen Lacke erneut aufgetragen werden, 

um den Schutz langfristig zu sichern. 

Maßnahmen zur Konservierung von Metallen 

a. Galvanisieren 

Chrom ist ein Schwermetall, das ein niedrigeres 

Redoxpotential hat als Eisen. Obwohl Chrom dadurch 

unedler ist als Eisen, dient es doch als Korrosionsschutz. 

Chrom ist mit einer extrem dichten Oxidationsschicht 

überzogen, behält aber trotzdem den bekannten, kalten 

Metall-glanz. 

CrO 3 + 6 H + + 6 e - Cr + 3 H 2 O 

Abb. 19: Verchromter Fahrradlenker 

Wird die Chromsschicht, mit der das Eisen überzogen ist, verletzt, schreitet die Korrosion 

jedoch rasch voran, da sich Lokalelemente bilden. 

Der italienische Arzt und Biochemiker Luigi Galvani (1737-1798) legte 1780 per Zufall den 

Grundstein für eine ganz neue Art, Metalle zu behandeln. Die Galvanische Zelle war geboren. 

Beim Galvanisieren wird eine dünne Metallschicht auf chemischem oder elektrochemischem 

Wege auf die Oberfläche eines Gegenstandes aufgebracht. Prinzipiell können nur 

Gegenstände galvanisiert werden, deren Oberflächen den elektrischen Strom leiten, also 

Metalle. 

Der Chemiker Moritz Hermann von Jacobi (1801 – 1874) gilt gemeinhin als Begründer der 

Galvanotechnik. Auf elektrolytischem Wege stellte er Kopien von Münzen her. 

Nachdem in Kriegszeiten (1915 – 1918) Nickel, Kupfer und Messing knapp waren, wurden 

Ersatzverfahren in großem Stil eingesetzt. So wurde die Verkobaltung als gebräuchliche 

Alternative eingesetzt. Ebenfalls gebräuchlich: das Verzinken, da Zink damals kein "bewirtschaftetes" 

Metall 

25 

darstellte.

. Verwendung von Legierungen: 

Legierungen bestehen aus mehreren Metallen, die durch ein Schmelzverfahren miteinander 

gemischt werden. Diese Legierungen haben andere Eigenschaften als die Metalle, aus denen 

sie bestehen. Aufgrund dieser Eigenschaften finden Legierungen andere Verwendung als die 

„reinen“ Metalle, hervorzuheben ist ihre erhöhte Beständigkeit gegenüber von Umwelteinflüssen. 

Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn, auch möglich ist die Mischung mit Zink, 

dabei ändern sich die Eigenschaften der Bronze. Daneben gibt es noch die Aluminiumbronze, 

die aus mindestens 20% Aluminium besteht und die bekannteste, die Zinnbronze, die als 

Glocken, als Becken, im Kunstguss und als Zahnräder Verwendung findet. 

Bronze, mit verschiedenen Zusätzen, findet außerdem noch als elektrischer Leiter, Federn, 

funkenfreie Werkzeuge, Widerstände und als zähe Maschinenbauteile Verwendung. Bekannt 

ist Bronze auch aus dem Sport, als Medaille für den dritten Platz. 

Bronze ist demnach sehr flexibel einsetzbar, zumindest mit Zusatz von bestimmten anderen 

Metallen, die die Eigenschaften der Bronze verändern, und auch noch schön anzusehen. Es 

gleicht einem Edelmetall, ist es chemisch gesehen allerdings nicht, deswegen findet es 

Verwendung im Sport für den dritten Patz als Medaille. 

Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung, die mindestens aus 50% Kupfer besteht. Messing 

wird als Verzierung und für Beschläge verwendet, wegen seiner goldähnlichen Farbe. 

Außerdem werden viele Blechblasinstrumente aus Messing gefertigt. 

Die technische Anwendung von Messing beschränkt sich auf die gute Leitfähigkeit und die 

Stabilität des Messings. Außerdem besitzt Messing auch eine gute korrosionschemische 

Eigenschaft, das heißt, Messing korrodiert nicht so leicht wie seine Bestandteile Kupfer und 

Zinn. 

Es ist außerdem noch üblich, die verschiedenen Legierungen mit anderen Metallen zu 

mischen, um bestimmte gewünschte Ergebnisse des Produktes zu erhalten. 

Der Zusatz von Nickel oder Osmium bewirkt eine höhere Festigkeit. 

Wismut hat in Legierungen die Eigenschaft den Schmelzpunkt zu senken. Verwendung dafür 

findet man beim Weichlöten. 

Eisen oder auch Aluminium ist sehr anfällig für Korrosion, deswegen überzieht man durch die 

Galvanisierung die Metalle mit einer Zink-Legierung. Diese bewirkt eine durch das Zink 

gebildete Oxid- oder Hydroxid - Schicht einen Schutz für das darunter liegende Metall. 

Dadurch ist das Metall vor Korrosion geschützt. 

Einen weiteren Schutz vor Korrosion gibt außerdem noch die Lackierung eines Metalls und 

die Nähe einer Opferanode. 

Während das Lackieren von Metallen ein weit verbreitetes – allerdings nur bedingt taugliches 

– Schutzverfahren darstellt, sind die Kenntnisse über die Wirkung einer Opferelektrode eher 

gering. 

c. Ein besonderer Korrosionsschutz, die Opferanode 

Die Opferanode ist eine Anode aus einem unedlen Metall, mit dessen Hilfe man die Korrosion 

eines Werkstücks verhindern kann. Die Opferanode wird elektrisch mit dem Werkstück 

verbunden. Dabei ist zu beachten, dass das Werkstück aus einem gemäß der 

26 

elektrochemischen Spannungsreihe edleren Metall als die Opferanode besteht. Die 

Opferanode löst sich dabei mit der Zeit auf, indem sie oxidiert wird. Die Elektronen aus dieser

Oxidation gehen auf das Werkstück über, das damit negativ geladen ist. Durch diese 

Aufladung mit Elektronen wird die Korrosion verhindert, da Metalle nicht so leicht 

korrodieren, wenn sie negativ geladen sind. Allerdings wird die Opferanode mit der Zeit 

verbraucht, da das unedlere Metall Elektronen abgibt und damit die Oxidation des edleren 

Metalls verhindert. 

Die Opferanode findet bei Schiffen aller Art Verwendung. Wenn ein Schiff im Wasser fährt, 

wird der Metallrumpf des Schiffes permanent angegriffen. Das kann zu großen Schäden 

führen. Deswegen baut man besonders an große Schiffe eine Opferanode. Diese löst sich im 

Wasser auf. Das Schiff nimmt keinen Schaden mehr. Allerdings muss die Opferanode einmal 

in einem Jahr oder wenn ein 

Wechsel des Einsatzgebietes eines 

Schiffes stattfindet, gewechselt 

werden. 

Falls keine große Abnutzung an 

der Anode festgestellt wird, muss 

man auf Fehlersuche gehen. Diese 

Fehler können sein: 

Es besteht keine elektrisch 

leitfähige Verbindung zu dem zu 

schützenden Metall. 

Abb. 20: Opferanode am Rumpf eines Schiffes 

Es wurden für die Anode nicht die richtigen Metalle eingesetzt, die Opferanode ist nicht 

unedler als das zu schützende Metall. 

Das Metall an der Anode ist elektrolytisch minderwertiger als der Elektrolyt, bei Schiffen das 

Natriumchlorid im Meer. 

Die Anode wurde gegen den Elektrolyt geschützt, zum Beispiel beim Einbau der Anode und 

der Lackierung des Schiffes danach. 

Die Zusammensetzung einer Opferanode ist für den Einsatz eines Schiffes genau berechnet. 

Die Anoden dürfen nicht unedler sein als der vorhandene Elektrolyt, d.h. das Salz des 

befahrenen Meerwassers. 

Versuche zur Konservierung von Metallen 

Um die Verfahren der Metallkonservierung besser verstehen zu können, haben wir selbst 

einige Versuche durchgeführt. 

a. Galvanisierung 

Chemikalien: 

Kupfer(II)-sulfat (Xn), Essigsäure (w = 5 %) 

(Xi), destilliertes Wasser, Ethanol (F), 

Eisenstück, Kupferblech 

Geräte: 

Becherglas (100 ml), Gleichstromquelle, 

Kabelmaterial 

Abb. 21: Galvanisieren mit einer Kupfersulfatlösung 

Versuchsdurchführung: 

27 

Zuerst werden 10 g Kupfersulfat in 50 ml destilliertem Wasser gelöst. Dazu werden noch 5 ml 

Essigsäure gegeben. Es ist zu prüfen, ob die Metallelektroden sauber und fettfrei sind. Ist dies

nicht der Fall, so sollen sie mit Ethanol gereinigt werden. Das Kupferblech wird nun mit dem 

Pluspol (Anode) und das Eisenstück mit dem Minuspol (Kathode) verbunden. Danach werden 

die Metalle in die anfangs hergestellte Lösung eingelassen. Nun wird die Gleichstromquelle 

eingeschaltet. Dabei ist die Spannung so zu 

wählen, dass das Eisen eine feste Kupferschicht bekommt, aber die Gasbildung an der 

Kathode nicht zu stark wird. 

Auswertung: 

Der Ablauf dieser Reaktion ist eine säurekatalysierte Elektrolyse mit dem Ziel ein unedles 

Metall mit Hilfe eines Überzugs aus einem edleren Metall gegen äußere Einflüsse zu 

schützen. 

Reaktionsschema: 

Kathodenreaktion: Cu 2+ + 2e - Cu 0 

Anodenreaktion: Cu 0 Cu 2+ + 2e - 

Das elementare Kupfer gibt an der Anode Elektronen ab. Diese Elektronen wandern dann im 

Kabel zur Kathode. Das Kupferkation hingegen wandert durch die Lösung zur Kathode. Dort 

nimmt es wieder Elektronen auf und setzt sich an dem Eisenstück ab. So entsteht eine 

Kupferschicht auf dem Eisenstück. Als weitere Verfahren zur Beschichtung von Werkstoffen 

stehen die Galvanisierung mit Silber, Gold, Chrom und Nickel zur Verfügung. 

b. Feuerverzinken 

Chemikalien: Zinkspäne oder Zinkgranalien, sauberes, rostfreies Eisenstück (z. B. einen 

Billig-Eisennagel). 

Geräte: Porzellantiegel oder ein anderes geeignetes, feuerfestes Gefäß, Bunsenbrenner, 

Dreifuß mit einem Tondreieck, Tiegelzange. 

Versuchsdurchführung: 

Zuerst werden die Zinkstücke in den Porzellantiegel gefüllt. Diese werden dann kräftig über 

dem Bunsenbrenner erhitzt bis das Zink flüssig wird. Dann wird das Eisenstück in die 

Schmelze eingetaucht. Danach muss man es nur noch abkühlen lassen. 

Das Eisenstück ist mit silbrigen Zinkkristallen überzogen. Diese Zinkschicht schützt das 

Eisen vor dem Rosten, da Zink selbst sich mit einer dünnen Oxidschicht überzieht und 

dadurch resistent gegen weitere Umwelteinflüsse ist. Man sollte darauf achten, die 

Zinkschicht nicht zu verletzen, da dies dazu führt, dass die gesamte Zinkschicht sich 

nachteilig verändert und das darunter liegende Eisen korrodiert. 

Großtechnisch wird die Feuer- oder Heißverzinkung durch Schmelztauchen der Teile in 

geschmolzenem Zink angewendet. Dabei überzieht sich das Werkstück mit einer 0,04-0,1 mm 

dicken Schutzschicht. Geringe Mengen an Kupfer verbessern die Beständigkeit des Überzugs. 

Ein weiteres Verfahren dieser Art ist das Verzinnen, bei dem ein dünner Zinnüberzug auf 

Stahlblech aufgebracht wird. Dieses Verfahren dient zur Erzeugung von Weißblech, das zur 

Herstellung von Konservendosen verwendet wird. Heute wird an Stelle des Heißverzinnens 

auch hier verstärkt auf das Galvanisierungsverfahren zurückgegriffen. 

28 

c. Herstellung eines lösemittelhaltigen Lacks

Geräte: 

Becherglas (50 ml), Bunsenbrenner, Dreifuß, Tiegelzange, Rundkolben (100 ml) mit Stopfen, 

Pinsel 

Chemikalien: 

Phthalsäureanhydrid (Xn), Glycerin (wasserfrei), Essigsäureethylester (F,Xn), 

Ethylmethylketon (F,Xn), Toluol (F,Xn), 1-Butanol (F,Xn) 

Durchführung 

a. Herstellen des Lackgrundstoffs (Polyester) 

In einem Reagenzglas oder besser in einem kleinen Becherglas erhitzt man über der Bunsenbrennerflamme 

vorsichtig eine Mischung von 2 g Phthalsäureanhydrid und 15 Tropfen Glycerin, 

bis die Schmelze bernsteingelb wird. Langsam abkühlen lassen. Das zähe Produkt erstarrt 

nach dem Erkalten plexiglasartig. 

Reaktion: 

R-COOH + HO-CH 2 -CH 2 OH-CH 2 OH R-CO-O-CH 2 -CH 2 OH-CH 2 OH 

Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals. Jede beliebige Hydroxylgruppe kann mit jeder der 

beiden Hydroxylgruppen des Phthalsäureanhydrids reagieren. So entsteht ein großes, stark 

verzweigtes Molekül. 

b. Lösen des Polyesters 

Zum schnelleren Lösen wird der Lackgrundstoff mit einer Mischung aus je 5 ml Essigsäureethylester, 

Ethylmethylketon, Toluol und n-Butanol versetzt und in einem Rundkolben geschüttelt. 

Aufgrund der Größe des Lackmoleküls ist diese Vielzahl von so verschiedenen 

Lösungsmitteln notwendig. 

Man erhält einen Lack mit typischem Geruch nach frischen Farben, den man auf Metall oder 

Holz verstreichen kann. Die Trocknung dauert allerdings einige Zeit, kann aber durch 

Erwärmen beschleunigt werden. 

Ein Lack ist eine flüssige oder pulverförmige Substanz, die man in einer dünnen Schicht auf 

die Oberfläche eines anderen Stoffes aufträgt, um diesen vor Umwelteinflüssen zu schützen 

oder ihn zu verschönern. Lackschichten müssen oft nach einiger Zeit erneuert werden. 

29

d. Eloxalverfahren 

Schülerversuch; 30 min. 

Geräte 

Stromquelle, Kabel, Messgerät, Graphitelektrode, 

3 Bechergläser (100 ml), Thermometer, 

Heizgerät. 

Abb. 22: Eloxalverfahren – Aufbringen von Eosin 

Chemikalien, Materialien 

Schwefelsäure (etwa 10%ig) (Xi), Eosin (Xi), Wasser, Aluminiumblech. 

Durchführung 

Man baut eine Elektrolyseapparatur auf. Die Graphitelektrode schaltet man als Kathode und 

das Aluminiumblech als Anode. Als Elektrolyten verwendet man Schwefelsäure. Nun wird 

eine Spannung von 3-4 Volt angelegt. Nach zehn Minuten bricht man die Elektrolyse ab und 

spült das Aluminiumblech gut ab. Man legt es nun 5-10 Minuten lang in eine 95 °C warme 

Eosinlösung. Dann spült man es wieder ab und taucht das Blech noch 10 Minuten lang in 

kochendes Wasser. 

Ergebnis: 

Der Teil des Aluminiumbleches, der bei der Elektrolyse in die Schwefelsäure tauchte, ist 

dauerhaft gefärbt. 

Der Begriff Eloxal setzt sich zusammen aus „elektrische Oxidation des Aluminiums“. Dieses 

Verfahren wird benutzt, um Aluminium noch besser gegen Umwelteinflüsse zu schützen. 

Aluminium selbst bildet eine dünne Oxidschicht und schützt sich somit selbst vor der 

Oxidation durch den Luftsauerstoff. Dieses Verfahren verstärkt diese Schicht. Dadurch wird 

das Aluminium noch unempfindlicher und zudem kann die Oxidschicht durch Einbringen 

eines Farbstoffes dauerhaft gefärbt werden. 

Beim Eloxalverfahren wurde das Aluminiumstück in einen Elektrolytlösung, in diesem Fall 

Schwefelsäure, getaucht und an die Anode geschaltet. Als Kathode diente eine 

Graphitelektrode. Danach wurde eine Wechselspannung von circa 3-4 Volt angelegt. Durch 

Spaltung von Wasser entsteht an der Kathode Sauerstoff, der sich sofort mit dem Aluminium 

verbindet. So entsteht eine fest mit dem Metall verbundene Oxidschicht. 

e. Schmelzen von Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) 

Geräte 

Haushalts-Mikrowellenofen (800 Watt), AST-Element, Tiegeldeckel aus Quarzglas, Spatel, 

Tiegelzange, Leder-Schutzhandschuhe, feuerfeste Unterlage, Hammer, Schmiedeunterlage, 

Chemikalien 

gekörnte Aktivkohle, Zinkpulver, Kupferpulver 

30 

Durchführung

Kupfer und Zink werden nach der nachfolgenden Tabelle gemischt und dann in den 

Porzellantiegel des AST-Elements gefüllt. Das Gemenge wird mit der Aktivkohle abgedeckt, 

um das Zink beim Schmelzen vor der Oxidation zu schützen und die Schmelze von oben 

zusätzlich zu erhitzen. Der Tiegel wird zusätzlich noch mit einem Tiegeldeckel verschlossen, 

da das Zusammenschmelzen von Zink und Kupfer problematisch ist, da die Siedetemperatur 

des Zink bei 906 Grad liegt und somit überschritten wird. So würde das Zink sehr schnell bei 

Luftzufuhr oxidieren. Dann wird das AST-Element in die Mikrowelle gestellt und 10 Minuten 

lang bei maximaler Leistungsfähigkeit erhitzt. Dann wird es mit Vorsicht, das bedeutet 

Handschuhe tragen, entnommen und der Inhalt nach Entnahme des Deckel auf einer 

feuerfesten Unterlage entleert. 

Legierung 

CuZn20 

Rotmessing 

CuZn40 

Gelbmessing 

CuZn80 

Weißmessing 

Einwaage Kupfer 

pro Versuchsansatz 

8g 

6g 

2g 

Einwaage Zink 

pro Versuchsansatz 

2g 

4g 

8g 

Auswertung 

Der Tiegel ist nach etwas zwei Minuten rot glühend. Durch den Quarzdeckel beobachtet man 

eine Rauchentwicklung im Tiegelraum. Diese wird durch die Bildung des Zinkoxid 

verursacht. Das Schmelzprodukt ist beim Entleeren des Tiegels fest. Man kann es von der 

Kohle und der Schlacke trennen. Man erhält ein homogenes Metall, das sich mit einem 

Hammer schmieden lässt. 

Die Färbung des Metalls entspricht auch dem Namen der Legierung. So ist Rotmessing 

nahezu kupferfarben und Weißmessing silbergrau. 

Messing ist die bei weitem verbreitetste Kupferlegierung. Es wird unter anderem in Form von 

Blechen, Bändern, Drähten oder Röhren geliefert. Messing ist sehr korrosionsbeständig. 

31

Ein Nachwort der Kursteilnehmer 

Nach Beendigung unserer Projektarbeit können wir mit Stolz behaupten, dass uns diese 

Aufgabe trotz der vielen Arbeit sehr viel Spaß gemacht hat. 

Die Projektarbeit und das damit verbundene selbstständige Arbeiten und Erarbeiten der 

einzelnen Problemstellungen war für uns eine willkommene Abwechslung zu dem sonst eher 

von aromatischen Ringen und essentiellen Aminosäuren bestimmten Unterricht. Nicht nur die 

theoretische Vor- und Nachbereitung, sondern gerade die praktische Durchführung der selbst 

ausgewählten Versuche motivierten uns viel Arbeit in unser Projekt zu investieren. Ein großer 

Teil der Gruppenarbeit basierte aber auch auf der Suche und Auswertung wichtiger 

Informationen zu den drei Themenbereichen sowie der Ausarbeitung einer geeigneten 

Präsentationsform. Wir entschieden uns gleich zu Beginn, das Projekt in Form einer 

Präsentationsmappe darzustellen. Dadurch konzentrierte sich die Arbeit nicht nur auf 

chemische Aspekte, sondern sie forderte auch andere Fähigkeiten wie zum Beispiel 

gestalterisches Talent, Anwendung stilistischer Mittel oder EDV-Wissen. 

Besonders interessant war für uns der Besuch in der Rendsburger Feuerverzinkerei. In diesem 

Betrieb wird beim Feuerverzinken Stahl nach entsprechender Vorbehandlung in eine ca. 

450°C warme Zinkschmelze getaucht. Dabei reagieren Zink und Stahl miteinander. An der 

Stahloberfläche bildet sich eine Eisen-Zink-Legierung. Diese unauflösbare Verbindung von 

Zink und Stahl bewirkt einen Schutz, der sich von allen anderen Verfahren deutlich unterscheidet. 

Feuerverzinkte Oberflächen sind nicht nur gegen Wind und Wetter, sondern auch 

optimal vor mechanischen Belastungen geschützt - für Jahrzehnte. Unter normalen Bedingungen 

schützt eine Feuerverzinkung bis zu 50 Jahre vor Korrosion und selbst bei höherer 

Belastung beträgt die Schutzdauer in der Regel mehr als 25 Jahre. 

Insgesamt war die Arbeit an unserem Projekt lehrreich, interessant, abwechslungsreich und 

förderte zudem auch noch unsere Teamfähigkeit. 

LK Chemie der KKS, 12. Jahrgang, 2006 

Kaiser – Karl – Schule Itzehoe 

Hans-Jobst Redinger, OStR. 


25524 Itzehoe 

Tel. 04821 2764 (Schule) 

Email: HJRedinger@web.de 

31

Quellennachweise: 

http://mluww-sgi4.werkstoff.uni-halle.de/~wwwrheo/Biopolymere_Vortrag.htm 

http://www.uni-goettingen.de/docs/7cf8ecd53ab2e55eb96265e7b650df3b.pdf 

http://www.holzfragen.de/seiten/ecwm.html 

http://www.holzfragen.de/seiten/hsm_reagenzien.html 

http://www.technologieallianz.de/upload/TA_anorganisch_modi583afe8b.pdf 

http://www.fnr-server.de/cms35/fileadmin/fnr/pdf/schwerpunkt_nachwuchsgruppen.pdf 

http://www.holzforschung.at/sem_deu/Teischinger_FTT03.PDF 

http://www.wacker.com 

http://www.denkmalschutz.de 

http://www.dc2.uni-bielefeld.de 

http://www.bautenschutz-bausanierung.de 

Hollemann-Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie. De Gruyter, Berlin 2002 

Schütt u.a.. So stirbt der Wald. BLV, München 1987 

H. Wambach (Hrsg.): Materialien-Handbuch Kursunterr. Chemie Bd. 9, Aulis, Köln 2001 

M. Tausch: Chemie S II. Buchner, Bamberg 1993 

E. Kemnitz u.a.: Duden Chemie. Duden Paetec, Berlin 2005 

G. Rink u.a.: Einführung in die Kunststoffchemie. Sauerländer, Aarau 1983

Kaiser – Karl – Schule 13.07.2006 

Hans – Jobst Redinger 


25524 Itzehoe 

Verband der Chemischen Industrie e.V. 

Landesverband Nord 

-Chemie und Schule- 

Postfach 81 01 52 

30501 Hannover 

Sehr geehrter Herr Mitschke, 

anbei übersende ich Ihnen die Wettbewerbsarbeit der Kaiser-Karl-Schule Itzehoe zum Thema 

„Konservierung – Werte schützen und erhalten mit Chemie“ zur weiteren Verwendung. 

Mit freundlichen Grüßen 

Hans-J. Redinger 

Anlage: 

Wettbewerbsarbeit (Druckform) 

Wettbewerbsarbeit auf CD-ROM

Galvanisieren von Metallen - Galvanotechnik - VCI Nord

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