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Zubereitung zur Holzkonservierung
Jedes Holz unterliegt nach dem Fällen dem Verderben und das Ausmass und die Art des Verderbens hängt von der Art der Verwendung des Holzes ab. Auch gibt es eine Anzahl natürlicher Faktoren, die das Verderben des Holzes herbeiführen, z. B. Holz zerstörende (den Zerfall herbeiführende) Pilze, das Holz fleckig machende Pilze, Schimmelpilze, holzbohrende Insekten, wie Termiten, Werftkäfer und Zimmermannsameisen, im Meer lebende bohrende Tiere, z. B. Schiffswürmer, Martesia, Limnoria, Sphaeroma und Chelura, und die verschiedensten Arten von Verderben, die normalerweise als Verwitterung bezeichnet werden.
Unter den wirksamsten und wirtschaftlichsten Substanzen zur allgemeinen Verwendung für den Holzschutz gegen alle Formen holzzerstörender Faktoren sind Kohlenteerkreosot und Gemische aus Kohlenteer und Kohlenteerkreosot zu erwähnen. Kohlenteerkreosot wird durch Destillation von Kohlenteer hergestellt. Letzterer besteht aus den kondensierbaren Flüssigkeiten, die durch Carbonisierung bituminöser Kohle bei erhöhter Temperatur entstehen. Er enthält im wesentlichen flüssige und feste aromatische Kohlenwasserstoffe und bedeutende Mengen Teersäuren (z. B. Pyridine, Chinoline, Acridine) und Teerbasen (z. B. Phenole, Kresole). Kreosot weist gewöhnlich einen Siedebereich von zumindest 1250 C auf, wobei der Siedebeginn im Bereich von 150 bis 2000 C und das Ende des Siedens im Bereich von 300 bis 4500 C liegt.
Die höher siedenden Anteile von Kreosot können beträchtliche Mengen Fluoren, Anthracen und Phenanthren enthalten.
Häufig werden Kreosot-Kohlenteerlösungen an Stelle von Kreosot allein verwendet, um die Gestehungskosten des Konservierungsmittels zu senken. Solche Lösungen können entweder Lösungen von Kohlenteer in Destillatöl (Kreosot) oder ein sogenanntes Kohlenteer-Destillatöl sein. Diese enthalten zu-
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Menge des Kohlenteers in der Lösung steht.
Konservierungsmittel mit Kohlenteer und Kohlenteerkreosot (der nachstehend als"Kreosot"bezeich- net wird) werden auf das Holz nach verschiedenen Verfahren aufgebracht. So kann man ohne Druckanwendung verfahren, z. B. unter Pinseln, Sprühen, Tauchen, Tränken und Kalttauchen. Die am meisten angewendeten Verfahren zur Holzbehandlung mit Konservierungsmitteln sind jene, die unter Überdruck durchgeführt werden. Bei diesen Überdruckverfahren wird das Holz in einem geschlossenen Kessel mit dem Konservierungsmittel, das sich gewöhnlich in flüssiger Form befindet, bei Drücken bis zu 18 kgfcm2 und Temperaturen von etwa 82 bis etwa 1050 C imprägniert.
Die Anwendung dieser Überdruckver- fahren ergibt ein maximales Eindringen des Konservierungsmittels in das Holz und ebenso ein maximales Festhalten des Behandlungsmittels. Es gibt viele Varianten des Überdruckverfahrens ; so kann z. B. das Holz zunächst vor der Imprägnierung unter Überdruck einem Vakuum ausgesetzt werden, um die Luft aus dem Holz zu entfernen. Bei andem Verfahren wird Luft absichtlich vor der Imprägnierung in das Holz eingepresst, um die Entfernung überschüssigen Konservierungsmittels zu erleichtern und ein geringeres Ausbluten und Abtropfen des Konservierungsmittels nach Beendigung der Behandlung zu erzielen.
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Bei allen diesen Verfahren trachtet man jedoch 1. eine vollständige und gründliche Durchdringung des Holzes mit dem Konservierungsmittel, 2. ein geeignetes Festhalten des Konservierungsmittels in dem Holz und 3. ein minimales Ausbluten des Konservierungsmittels aus dem Holz während der späteren Verwendung im Freien unter dem Einfluss der Witterungsbedingungen zu erzielen.
Bei der Behandlung von Holz mit Konservierungsmitteln ist eine hohe Retention des Konservierungsmittels in dem Holz wichtig, um so eine Reserve zur Verhütung der Erschöpfung des Konservierungsmittels durch Auslaugen und Verdampfen zu bilden. Unter "Retention" ist die Menge Behandlungslösung zu verstehen, die in dem Holz nach der Imprägnierung zurückgehalten wird. Die Retention wird gewöhnlich während der Behandlung gemessen, indem man den Verbrauch an Behandlungslösung unter Berücksichtigung anderer, nicht durch die Retention entstehender Verluste bestimmt. Die minimal erforderliche Retention hängt von vielen Faktoren ab, wie der Art des Holzes, der Art der beabsichtigten Verwendung des Holzes und der Art des verwendeten Konservierungsmittels. Die erforderliche minimale Retention beträgt z.
B. etwa 80 - 160 g/dm3, entsprechend der Norm der Eisenbahnen für die Imprägnierung von Eisenbahnschwellen mit Zubereitungen, die Kohlenteerkreosot enthalten.
Ebenso wichtig ist das Ausmass des Eindringens des Konservierungsmittels in das Holz. Zur Erzielung eines nahezu vollständigen Schutzes des Holzes wäre offenbar ein vollständiges (100%oignes) Eindringen des Konservierungsmittels erforderlich. Bei den meisten Konservierungsmitteln, einschliesslich von Kohlenteerkreosot, erfolgt jedoch das Eindringen weniger vollständig, weshalb Minimalwerte in Abhängigkeit von dem Konservierungsmittel und den Eigenschaften des Holzes festgelegt werden. Bei manchen Holzarten ist es unmöglich, eine vollständige Durchdringung zu erzielen, jedoch ist ein möglichst weitgehendes Eindringen erwünscht.
Das Eindringen wird gewöhnlich gemessen, indem man in das Holz in ausreichender Entfernung vom Ende des behandelten Holzstückes, um die Wirkung des Eindringens am Ende des Holzstückes auszuschalten, Bohrungen oder Bohrlöcher, wie man sie zur Bestimmung der Jahresringe anwendet, anbringt. Sofort nach dem Bohren prüft man an diesen Bohrlöchern das Eindringen. Im Falle dunkelgefärbter Konservierungsmittel wird das Ausmass des Eindringens durch visuelle Beobachtung der Tiefe der Farbänderung des Holzes bestimmt. Werden Öle verwendet, die keine merkliche Farbänderung des Holzes hervorrufen, so verwendet man Reagentien zur Herbeiführung von Farbreaktionen mit dem Öl, um so die visuelle Beobachtung des Eindringens des Konservierungsmittels zu erleichtern.
Es wurde eine besondere kohlenteerkreosothaltige Zubereitung zur Holzkonservierung gefunden, die die erwünschten konservierenden Eigenschaften von Kohlenteerkreosot zusammen mit einer stark verbesserten Eindringefähigkeit aufweist. Die erfindungsgemässe Zubereitung zur Holzkonservierung besteht im wesentlichen aus 15-90 Vol.-% Kohlenteerkreosot, 0-45 Vol.-% Kohlenteer, wobei das Volumenverhältnis des Kreosots zum Kohlenteer, soweit Kohlenteer überhaupt vorhanden, zumindest 1, 0 : 1 beträgt, 7-66, 5 Vol.-% Paraffinwachs und 0, 5-21, 0 Vol.-% eines hochsiedenden paraffinischen Petroleumöls, wobei das Volumenverhältnis des Wachses zum Öl etwa 2, 3 : 1 bis etwa 19 : l beträgt. Innerhalb dieser Grenzen beträgt das Volumenverhältnis von Kreosot zu Kohlenteer vorzugsweise zumindest 1, 5 :
1 und das Volumenverhältnis von Wachs zu Öl etwa 4 : 1 bis etwa 9 : 1.
Als Wachsbestandteil der Konservierungsmittelzubereitung verwendet man vorzugsweise ein paraffinisches Petroleumdestillatwachs mit niederem Schmelzpunkt, wie es z. B. bei dem Entwachsen von rohem Petroleum-Schmieröl erhalten wird. Unter niederem Schmelzpunkt ist ein Schmelzpunkt des Wachses nach ASTM D87 von unter 850 C und vorzugsweise von unter 490 C zu verstehen. Jedoch beträgt der Schmelzpunkt nicht unter 350 C. In manchen Fällen, wenn die Menge Öl in dem Wachs hoch ist, kann es vorkommen, dass das erfindungsgemäss verwendete Wachs oder Wachs-Ölgemisch keinen deutlichen Schmelzpunkt aufweist und in diesem Falle wird der Punkt der Phasenänderung nach dem Verfahren zur Bestimmung des Stockpunktes nach ASTM D938 gemessen.
Solche ölhaltigen Wachse und Wachs-Ölgemische erwiesen sich für die erfindungsgemässen Zubereitungen als besonders geeignet. Vorzugsweise enthält das Wachs keine wesentlichen Mengen an mikrokristallinem oder amorphem Wachs, das normalerweise in allen, ausser besonders raffinierten Wachsrückständen, anwesend ist. Auch enthält die Konservierungszubereitung vorzugsweise mindestens 10 Vol.-% Wachs und insbesondere bevorzugt mindestens 15 Vol.-% Wachs.
Als Ölkomponente der erfindungsgemässen Zubereitung wird vorzugsweise ein hochsiedendes paraffinisches Petroleumöl, vorzugsweise mit zumindest 801o Paraffinkohlenwasserstoffen und unter 20% aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet. Hochsiedende Öle mit zumindest 901o Paraffinkohlenwasserstoffen werden bevorzugt, insbesondere Öle mit stark verzweigtkettigen Paraffinen. Unter dem Ausdruck "hochsiedendes vol" zist ein im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Öl zu verstehen, das zu
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höchstens etwa 5% bei Atmosphärendruck unter 3150 C siedet. Diese Definition soll auch Öle mit einem
Siede- und Viskositätsbereich von destillierten Schmierölen umfassen, die bei 3150 C im wesentlichen nur bei Unterdruck verdampft werden können.
Die erfindungsgemäss verwendbaren, oben beschriebenen Öle können von paraffinischem, Naphthen- oder Hybrid-Rohöl abgeleitet sein. Sie enthalten daher häufig
15-30% Naphthen- (cycloparaffinische) Bestandteile. Innerhalb des oben erwähnten Bereiches bezüglich der Paraffine und aromatischen Kohlenwasserstoffe ist jedoch die Menge der Naphthene nicht besonders wichtig. Die verhältnismässig nichtpolaren Eigenschaften der Petroleum-Schmieröle sind jedoch äusserst erwünscht.
Das Öl und das Wachs haben vorzugsweise verhältnismässig niedere durchschnittliche Molekulargewichte, d. h. von etwa 280 bis höchstens etwa 420, vorzugsweise bis höchstens etwa 340.
Das Wachs und auch das Öl können vollständig oder teilweise raffiniert sein. Sie können ferner aus den gleichen oder verschiedenen Rohölfraktionen stammen. Man kann das Wachs und Öl in den richtigen Mengenverhältnissen aus derselben Fraktion gewinnen. So ist z. B. das weiche Wachsprodukt, das durch Lösungsmittelentölung eines Rohwachses, das durch Entwachsen eines destillierten Schmieröls mit hohem Viskositätsindex mit Hilfe eines Lösungsmittels erhalten wurde, ohne weitere Einstellung der Zubereitung besonders geeignet. Ferner sind gewisse rohe Wachse oder Paraffin-Gatsch, die durch Entwachsen von Schmieröldestillaten erhalten wurden, ebenfalls häufig geeignet. Seltener können gewisse nicht-entwachste rohe Schmieröldestillate mit sehr hohem Wachsgehalt ebenfalls verwendet werden. Man kann jedoch auch hochraffinierte Wachse und Öle verwenden.
Die üblichen Verfahren zur Raffinierung solcher Wachse und Öle, z. B. die Hydrierung, Säurebehandlung, Perkolation usw. beeinträchtigen ihre Wirksamkeit in den erfindungsgemässen Zubereitungen nicht. Verwendbare Rohparaffine sind Rohparaffinrückstände.
Die Erfindung wird an Hand nachstehender Beispiele näher erläutert.
Beispiel l : 4 Chargen hölzerner Eisenbahnschwellen mit je über 500 Schwellen wurden in einer Vorrichtung zur Druckbehandlung mit einem Holzkonservierungsmittel behandelt. Zwei dieser Chargen wurden mit einer üblichen Zubereitung zur Holzkonservierung, bestehend aus 60% Kreosot und 4e Kohlenteer, behandelt. Die restlichen zwei Chargen wurden unter den gleichen Arbeitsbedingungen mit einer Wachs und Öl enthaltenden, erfindungsgemässen Zubereitung zur Holzkonservierung behandelt.
Das Wachs und Öl enthaltende Konservierungsmittel bestand aus 85 Vol.-% eines Kreosot-Kohlenteerge- misches im Verhältnis 60 : 40 und 15 Vol.-% eines als Nebenprodukt erhaltenen weichen Wachses, gewonnen durch Lösungsmittelentwachsen eines rohen Schmieröldestillats mit einem Viskositätsindex, bezogen auf das Viskositäts-Temperaturvemalten hochwertiger Öle, gleich 100 (100 H.
V. l.). Das weiche Wachs enthielt etwa 29 Vol.-% Öl. Die Gesamtzusammensetzung des Wachs und Öl enthaltenden Konservierungsmittels war deshalb wie nachstehend angegeben :
Kreosot 51, 0 Vol.-%
Kohlenteer 34, 0 Vol.-%
Wachs 10, 7 Vol.-% Öl 4, 3 Vol.-%
Verhältnis
Kreosot : Kohlenteer 1, 5 : 1 Vol. -Teile
Verhältnis Wachs : Öl 2, 5 : l Vol.-Teile
Alle vier Chargen der Schwellen wurden bis zur Sättigung behandelt, d. h. bis kein Konservierungsmittel mehr von dem Holz aufgenommen wurde. Die Behandlungstemperatur betrug 85 - 940 C.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt :
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Tabelle I :
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<tb>
<tb> Behandlung <SEP> von <SEP> Eisenbahnschwellen <SEP> mit <SEP> bekannten <SEP> und <SEP> mit <SEP> erfindungsgemässen
<tb> wachs-und <SEP> ölhaltigen <SEP> Konservierungsmitteln.
<tb>
Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Konservierungsmittels <SEP> : <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP>
<tb> Kreosot <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 51 <SEP> 51
<tb> Kohlenteer <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 34 <SEP> 34
<tb> Wachs--11, <SEP> 4 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP>
<tb> toi <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Eigenschaften <SEP> des <SEP> Konservierungsmittels <SEP> :
<SEP>
<tb> spez. <SEP> Gew. <SEP> bei <SEP> 160 <SEP> C <SEP> 1, <SEP> 106 <SEP> 1, <SEP> 106 <SEP> 1, <SEP> 068 <SEP> 1, <SEP> 068 <SEP>
<tb> Viskosität, <SEP> SSU <SEP> bei <SEP> 660 <SEP> C <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 46, <SEP> 6 <SEP> 46, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 880C <SEP> 36, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 0 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1000 <SEP> C <SEP> 34, <SEP> 3 <SEP> 34, <SEP> 3 <SEP> 34, <SEP> 2 <SEP> 34, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Stockpunkt, <SEP> C-15-15 <SEP> 28 <SEP> 28
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> Schwellen <SEP> 1) <SEP> 556 <SEP> 551 <SEP> 569 <SEP> 567
<tb> Art <SEP> :
<SEP> Roteiche <SEP> 86% <SEP> 17% <SEP> 20% <SEP> 17%
<tb> Weisseiche <SEP> 14% <SEP> 17% <SEP> 20% <SEP> 17%
<tb> Zurückgehalten, <SEP> g/dnf <SEP> 122, <SEP> 2 <SEP> 135, <SEP> 2 <SEP> 126, <SEP> 7 <SEP> 144, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Eindringen, <SEP> % <SEP> 2)
<tb> Weisseiche <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb> Roteiche <SEP> 30-50 <SEP> 30-50 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
1) Alle Schwellen wiesen die Abmessungen 17, 5 X 22, 5 X 250 cm auf.
2) Das Eindringen wurde mit Hilfe von 12, 5 cm langen Bohrlöchern bestimmt, die sich in Richtung der 22, 5 cm betragenden Abmessung erstreckten.
Aus den Ergebnissen der obigen Versuche geht hervor, dass mit der Wachs-Öl-Kreosot-Zubereitung eine vollständige Durchdringung erzielt wurde, während mit der üblichen Kreosot und Kohlenteer ent- haltenden Konservierungsmittelzubereitung nur ein 30-bis 50%oiges Eindringen erreicht wurde. Insbeson- dere bemerkenswert ist, dass bei Schwellen aus Weisseiche, die ein hartes, sehr schwer zu durchdringendes
Holz hat, eine vollständige Durchdringung erzielt wurde. Mit der Wachs-Öl-Kreosot-Zubereitung wurde ein grösseres Eindringen erzielt, obwohl die Viskosität der beiden Zubereitungen fast identisch war.
Aus den obigen Ergebnissen geht auch hervor, dass die erfindungsgemässen Zubereitungen einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringen, da ein zumindest doppelt so tiefes Eindringen in das Holz (und ein dementsprechend besserer Schutz des Holzes) mit einer nur um 3, 5-7% grösseren Menge Behand- lungslösung erzielt wurde.
Beispiel 2 : 2 Chargen Eisenbahnschwellen mit gleichen Mengen Schwellen, die aus Engleman- Fichtenholz hergestellt waren, wurden getrennt unter gleichen Arbeitsbedingungen behandelt. Eine Charge wurde mit einer Standardlösung von Pentachlorphenol in Petroleumöl und die andere mit der Kreosot-
Wachs-Öl-Zubereitung aus Beispiel 1 behandelt. Bei der Untersuchung der behandelten Schwellen wurde festgestellt, dass die Öllösung von Pentachlorphenol durchschnittlich nur 0, 15 cm eingedrungen war, während die Kreosot-Wachs-Öl-Zubereitung durchschnittlich über l, 25 cm eingedrungen war.
Die in diesem Versuch verwendeten Schwellen aus Engleman-Fichtenholz waren aus besonders engjährigem Holz und von dichter Zellstruktur, wodurch das Konservierungsmittel nur schwer eindringen kann. Gewöhnlich ist ein solches Holz wegen der praktischen Unmöglichkeit, es mit bekannten Konservierungsmitteln und nach bekannten Verfahren ausreichend zu behandeln, für Schwellen nicht verwendbar. Das achtmal
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tiefere Eindringen der erfindungsgemässen Zubereitung war jedoch zur Erzielung einer geeigneten konser- vierenden Wirkung ausreichend, obwohl auch hier das Eindringen nur 1, 25 cm betrug. Infolge der besseren
Eindringefähigkeit der erfindungsgemässen Wachs-Kreosot-Öl-Zubereitung können daher manche bisher unverwendbare Hölzer verwendet werden.
In den vorstehenden Beispielen waren die Eigenschaften des Öls, des Wachses und des Öl-Wachs- gemisches wie folgt :
Tabelle II :
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<tb>
<tb> Eigenschaften <SEP> des <SEP> Öls, <SEP> des <SEP> Wachses <SEP> und <SEP> des <SEP> Öl-Wachsgemisches <SEP> : <SEP>
<tb> Öl-WachsWachs <SEP> : <SEP> Öl <SEP> : <SEP> gemisch <SEP> : <SEP>
<tb> Viskosität, <SEP> SSU <SEP> bei <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 35. <SEP> 3 <SEP> 37. <SEP> 8 <SEP> 36,1
<tb> durchschnittliches <SEP> Molekulargewicht <SEP> 322 <SEP> 322 <SEP> 322
<tb> Schmelzpunkt <SEP> (D <SEP> 87), <SEP> 0 <SEP> C <SEP> 45
<tb> Stockpunkt <SEP> (D <SEP> 939), <SEP> <SEP> C--41 <SEP>
<tb>
Es ist zu berücksichtigen, dass die Bezeichnung von Kohlenwasserstoffen als Öl oder Wachs teilweise von dem Verfahren ihrer Herstellung abhängt.
So hängt es bei dem Entwachsen von Ölen oder dem Ent- ölen von Wachsen von den Verfahrensbedingungen der Trennung ab, ob eine besondere Fraktion in der Wachsfraktion oder in der Ölfraktion enthalten ist. Um für diesen Zweck einen Bezugspunkt zu haben, wird nachstehendes standardisiertes Entölungsverfahren angewendet, um die hier erwähnten Öle und Wachse zu charakterisieren.
Das Kohlenwasserstoffmaterial wird in einem Gemisch aus Methyläthylketon und Toluol im Volumsverhältnis 60 : 40 gelöst und auf-18 C abgekühlt. Das gekühlte Material wird anschliessend filtriert. Der so erhaltene Filterkuchen wird in warmem, frischem Lösungsmittel gelöst und durch Abkühlen auf-18 C umkristallisiert und filtriert. Der umkristallisierte Filterkuchen wird mit weiterem Lösungsmittel gewaschen und aufgeschlämmt, jedoch nicht wieder gelöst, indem man den gewaschenen Filterkuchen mit kaltem Lösungsmittel von-18 C vermengt und zur Entfernung des Lösungsmittels filtriert. Schliesslich wird weiteres kaltes Lösungsmittel zum Waschen des aufgeschlämmten und filtrierten Wachses verwendet und das Wachs gewaschen.
Die Ölfraktionen werden anschliessend entweder vor oder aber nach der Entfernung des Lösungsmittels wieder vereinigt, wenn die Eigenschaften und das Gewicht des Öls bestimmt werden sollen. Die Volumsverhältnisse von Lösungsmittel zu Einsatz sind wie folgt :
Umkristallisieren 5 : 1
Waschen nach dem Umkristallisieren 1 : 1
Aufschlämmen 2 : 1
Waschen nach dem Aufschlämmen 1 : 1 PATENTANSPRÜCHE :
1.
Zubereitung zur Holzkonservierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen aus 15-90 Vol.-' Kohlenteerkreosot, 0-45 Vol.-% Kohlenteer, wobei das Volumsverhältnis des Kreosots zum Kohlenteer, soweit Kohlenteer überhaupt vorhanden, zumindest 1, 0 : 1 beträgt, 7-66, 5 Vol.-% Paraffinwachs und 0, 5-21, 0 Vol.-% eines hochsiedenden Paraffinöls, wobei das Volumsverhältnis des Wachses zum Öl etwa 2, 3 : 1 bis etwa 19 : 1 beträgt, besteht.