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Verfahren zur Herstellung dimensionsstabiler und witterungsbeständiger Holzprodukte
Holz ist infolge seines spezifischen Aufbaues ein Werkstoff mit sehr guten, mechanischen Eigen- schaften und gleichzeitig hohen ästhetischen Qualitäten. Diese besondere Eigenschaftskombination ist vor allem für sein weitgestreutes Anwendungsgebiet massgeblich. Gewisse Einschränkungen ziehen je- doch zwei Nachteile mit sich, einerseits die Eigenschaft bei wechselnden Feuchtigkeitsverhältnissen in seiner Umgebung selbst Wasser aufzunehmen bzw. abzugeben und dabei sein Volumen zu ändern, d. h. zu quellen bzw. zu schwinden, anderseits seine geringe Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen.
Es ist bekannt, dass beide nachteilige Eigenschaften durch Imprägnieren mit geeigneten Mitteln etwas verbessert werden können. Die weitestgehenden Eigenschaftsverbesserungen erreicht man dabei jedoch nicht bei der Dimensions- und Witterungsbeständigkeit, sondern bei der Härte und Abriebfestigkeit. Das ist vor allem dadurch bedingt, dass die meisten Imprägnierstoffe im wesentlichen nur in die Zellhohlräume, nicht aber in die Zellwände, eindringen. Durch Quellung der Zellwände mit Wasser oder polaren Lösungsmitteln kann dieser Nachteil nur zum Teil beseitigt werden. Die so hergestellten Produkte sind daher gut für Parkettböden u. ähnl. geeignet, wo es vor allem auf die Härte und Abriebfestigkeit ankommt, aber weniger für Zwecke, wo das Produkt intensiver mit Feuchtigkeit oder Witterungseinflüssen in Kontakt kommt, wie z. B. bei Fenstern od. ähnl.
Erfindungsgemäss wird nun bei einem Verfahren zur Herstellung dimensionsstabiler und witterungsbeständiger Holzprodukte vorgeschlagen, Holz mit einem Gemisch aus mindestens einem monomeren oder teilweise vorpolymerisierten Methacrylsäureester und Acrylnitril zu imprägnieren, wobei das Gemisch zwischen 50 und 95 Gew. -0/0 monomeren Methacrylsäureester oder zwischen 20 und 95 Grew.-% teilweise vorpolymerisierten Methacrylsäureester enthält und anschliessend das aufgenommene Imprägnierungsmittel thermisch-chemisch oder durch Einwirkung energiereicher Strahlung, vorzugsweise Röntgen-, Gamma-, Elektronen- oder Reaktormischstrahlung, zu polymerisieren. Die auf diese Weise erhaltenen Produkte vereinen gute mechanische Eigenschaften mit sehr hoher Dimensions- und Witterungsbeständigkeit.
Letzteres ist auf das gute Quellvermögen des Acrylnitrils in die Zellwand zurückzuführen ; durch die starke Kunststoffeinlagerung auch in der Zellwand wird deren Wasseraufnahme- und Quellvermögen herabgesetzt und ihre Empfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen verringert. Der gleichzeitig vorhandene Polymethacrylsäureester bewirkt die guten mechanischen Eigenschaften und verhindert eine mechanische Schädigung der behandelten Holzteile (Auftreten von Rissen usw. ) bei den mit der Acrylnitrileinlagerung einhergehenden Volumsänderungen.
Als Methacrylsäureester können alle handelsüblichen Methacrylate, insbesondere aber Methylmethacrylat, verwendet werden. Zweckmässig ist es, wenn das zur Imprägnierung verwendete Gemisch aus 20 bis 95 Gew.-%, zu 2 bis 40 Gel.-% des vorhandenen Anteiles, vorpolymerisierten Methylmethacrylat und 80 bis 5 Gew.-% Acrylnitril besteht. Die Vorpolymerisation dieses Esters erhöht zwar die
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Viskosität des Gemisches, was sich aber nur bei schlecht imprägnierbaren Hölzern negativ auswirkt, erleichtert aber die Härtung und vermeidet eine oberflächliche Kunststoffverarmung durch Abdampfverluste. Der einzustellende Acrylnitrilgehalt richtet sich nach den speziellen Anforderungen ; je höher der Acrylnitrilgehalt gewählt wird, desto besser wird die Dimensions- und Witterungsbeständigkeit.
Ist neben diesen beiden Eigenschaften auch eine hohe Härte und Abriebfestigkeit erwünscht, dann müssen nicht nur die Zellwände, sondern auch alle Zellhohlräume so weitgehend wie möglich mit Imprägnierungsflüssigkeit gefüllt und in diesem Zustand gehärtet werden. Dazu muss zuerst die vorhandene Luft so weitgehend wie möglich aus den Zellhohlräumen entfernt und dann die Imprägnierungsflüssigkeit unter Atmosphären- oder Überdruck bis zur gleichmässigen Durchdringung der Zellwände eingepresst werden.
Ist dagegen, wie z. B. für Fenster, Aussentüren usw., eine erhöhte Härte und Abriebfestigkeit nur von untergeordneter Bedeutung, dann muss der Imprägnierungsprozess so geführt werden, dass zum Zeitpunkt der Härtung zwar die Zellwände so weitgehend wie möglich mit dem Imprägnierungsmittel getränkt, die Zellhohlräume aber nur teilweise damit gefüllt sind.
Dazu wird bei der Imprägnierung zuerst die vorhandene Luft weitgehend aus den Hohlräumen des Holzes entfernt, dann Inertgas unter einem zwischen 0 und 760 Torr, vorzugsweise zwischen 150 und 600 Torr, gelegenen Druck eingeleitet, dann erst das Imprägnierungsmittel eingebracht, unter Überdruck bis zur gleichmässigen Durchdringung der Zellwände einwirken gelassen und dann der Überdruck wieder auf Atmosphärendruck oder darunter reduziert ; bei der Entspannung des eingeschlossenen Inertgases wird ein Teil des in den Zellhohlräumen befindlichen Imprägnierungsmittels wieder aus dem Holz herausgedrückt, während der von den Zellwänden aufgenommene Teil im Holz verbleibt. Die erhaltenen Produkte weisen daher nicht dieselbe Härte und Abriebfestigkeit auf wie die bei Vollimprägnierung erhaltenen.
Sie sind jedoch leichter und infolge des verringerten Monomerenverbrauches auch billiger.
Die Härtung des imprägnierten Holzes kann gleicherweise thermisch-chemisch oder strahlenchemisch erfolgen. Im ersteren Falle muss der verwendeten Imprägnierungsflüssigkeit noch ein sogenannter Härter, eine beim Erwärmen radikalbildende und so die Polymerisation auslösende Substanz, z. B. ein organisches Peroxyd oder ein Redoxsystem, zugegeben und zur Härtung auf die Anspringtemperatur des Härters erwärmt werden.
Bei der strahlenchemischenHärtung wird die Polymerisation durch Einwirkung energiereicher Strahlung, wie z. B. Röntgen-, Gamma-, Elektronen- oder Reaktormischstrahlung, ausgelöst. Eine Erwärmung ist hier nicht nötig. Ebenso kann die Zugabe eines Härters zur Gänze oder auch nur teilweise unterbleiben.
Es ist natürlich auch möglich, die thermisch-chemische und die strahlenchemische Härtung miteinander zu kombinieren.
Im folgenden wird das Wesen der Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1: Lufttrockenes Kiefernsplintholz wurde in einem Imprägnierkessel 30 min lang bei 10 Torr evakuiert, der Kessel mit einem Gemisch aus 70% Methylmethacrylat, 30% Acrylnitril und 0, 2% Benzoylperoxyd geflutet und 18 h lang ein Stickstoffüberdruck von 9 atü aufrechterhalten. Die so imprägnierten Proben wurden anschliessend 10 h lang bei 700C ausgehärtet. An Teilen dieser Proben wurde zusammen mit unbehandelten Vergleichsproben ein Quellversuch durchgeführt und das räumliche Quellmass ctv bestimmt.
Kiefernholz, unbehandelt aV = 12, 4%
Kiefernholz, behandelt aV = 6, 0%.
An weiteren Teilen der Proben wurde ein 6-monatiger Bewitterungsversuch unternommen. Während die der freien Bewitterung ausgesetzten Oberflächen unbehandelter Vergleichsproben nach dieser Zeit unansehnlich verfärbt, rauh und mit Rissen durchsetzt waren, zeigten die Oberflächen der behandelten Proben einen nur leicht angedunkelten Naturholzton und keinerlei Risse oder stärkere Aufrauhungen.
Beispiel 2 : Lufttrockenes Kiefernsplintholz wurde wie unter Beispiel 1, aber mit einem Gemisch von 40% Methylmethacrylat, 10% Polymethylmethacrylat und 50% Acrylnitril imprägniert und die Imprägnierten Proben unter Stickstoff als Schutzgas mit Kobalt-60-Gammastrahlung, Gesamtdosis 3, 5 Mrad, bestrahlt. An Teilen dieser Proben wurde zusammen mit den unter 1 hergestellten Proben ein uellversuch durchgeführt und das räumliche Quellmass ccy bestimmt.
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