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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Imprägnieren von Körpern aus einem Material mit einer zellularen Struktur, insbesondere lignozellulosehaltigem Material, wobei die Körper einer Vakuumbehandlung unterworfen und nach oder während dem Versetzen mit einem flüssigen Imprägniermittel dem normalen Luftdruck oder einem Überdruck ausgesetzt werden, worauf im Behandlungsbehälter erneut ein Unterdruck erzeugt wird.
Unter dem Begriff "Körper" sollen hier kleine und grosse Gegenstände der verschiedensten Art verstanden werden. Insbesondere ist an Platten, Furniere, Stangen, Würfel, Späne usw. aus Holz oder einem andern lignozellulosehaltigen Material gedacht.
In Anlehnung an das sogenannte Sparimprägnierverfahren von Rüping hat man schon vorgeschlagen, lufttrockene und entrindete Baumstämme in Imprägnierzylindern so lange einem Vakuum auszusetzen, bis die Luft im wesentlichen aus den Holzzellen entfernt ist. Hernach wird der Zylinder mit Steinkohlenteeröl gefüllt und nun ein Überdruck von mehreren atü erzeugt. Dieser Druck wird so lange aufrechterhalten, bis das Holz voll durchtränkt ist. Nach dem Senken des Druckes wird im Verlauf einer zweiten Unterdruckphase Teeröl aus den Zellen und Poren ausgetrieben.
Es wurde nun festgestellt, dass die zu Beginn der zweiten Unterdruckphase in den Zellen und Poren vorhandene Pressluft nicht ausreicht, um das Imprägniermittel aus den Hohlräumen vollständig auszutreiben. Man hat zwar schon vorgeschlagen, während der ersten Verfahrensstufe vor dem Zugeben des Imprägniermittels anstatt eines Unterdruckes einen kleinen Überdruck zu erzeugen, damit im Verlauf der auf den eigentlichen Imprägniervorgang folgenden Vakuumbehandlung das Imprägniermittel besser aus den Hohlräumen getrieben wird. Die in den Zellhohlräumen und Poren vorhandene Luft verhindert jedoch selbst bei hohen Drücken und langer Imprägnierzeit ein einwandfreies Eindringen des Imprägniermittels.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die begrenzte Wirkung des bekannten Verfahrens soweit zu verbessern, dass im wesentlichen lediglich eine Benetzung der Zellwände erfolgt, ein Auffüllen der Hohlräume dagegen praktisch nicht stattfinden kann.
Gemäss der Erfindung liegt die Lösung dieses Problems darin, dass als Imprägniermittel ein Kunstharz in gelöster, kolloidaler oder emulgierter Form verwendet wird, welches Imprägniermittel einen Anteil von 5 bis 20% eines leichtsiedenden Lösungsmittels enthält, und dass zu Beginn der zweiten Unterdruckphase der Druck so rasch gesenkt wird, dass das Lösungsmittel plötzlich siedet.
Das Lösungsmittel kann mit dem Imprägniermittel eine echte Lösung bilden. Die beiden Komponenten können dagegen auch begrenzt mischbar sein. Jedenfalls kann man bei geeigneter Wahl des Lösungsmittels, dessen Dampfdruck bedeutend höher ist als derjenige des Imprägniermittels, und unter Voraussetzung eines genügend hohen Vakuums ein Sieden des Lösungsmittels auch bei normaler Raumtemperatur erreichen. Es spielt sich dann ein mit einer fraktionierten Destillation vergleichbarer Vorgang ab. Da normalerweise die Siedepunkte von Imprägniermittel und Lösungsmittel sehr weit auseinanderliegen, führt die Verdampfung zu einer vollkommenen Trennung.
Das siedende Lösungsmittel wirkt als Treibgas und entleert die Poren und Zellenhohlräume, so dass nach der zweiten Unterdruckphase lediglich die Oberflächen der Zellwände mit einer dünnen Schicht des Imprägniermittels überzogen sind. Selbstverständlich hängt die Wirksamkeit des Verfahrens von der Art des Imprägniermittels und des Lösungsmittels, dem Mischungsverhältnis der beiden Mittel, der Höhe des Vakuums während der zweiten Unterdruckphase, der Dauer der Vakuumbehandlung und der für den Aufbau des Vakuums benötigten Zeit ab.
Das Verfahren nach der Erfindung führt zu verschiedenen Vorteilen. Einerseits sind diese wirtschaftlicher Natur. Tatsächlich ergibt sich trotz einwandfreier Imprägnierung eine nicht unwesentliche Einsparung des unter Umständen verhältnismässig teueren Imprägniermittels. Ausserdem werden die behandelten Produkte weniger schwer und man kann schliesslich sehr günstige Werte hinsichtlich Gewichtszunahme und Dickenquellung unter Einwirkung von Feuchtigkeit beobachten.
Als Imprägniermittel kommt beispielsweise eine kolloidale wässerige Lösung eines vorkondensierten Phenol-Formaldehydharzes in Betracht. Des weiteren eigenen sich auch Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, Epoydharze, Isocyanate, Polyol-Isocyanat-Verbindungen usw. Je nach den Eigenschaften des Imprägniermittels wird man als Lösungsmittel etwa Aceton, Methylalkohol, ein Methylchlorid, Athyläther, Freon od. dgl. wählen. Auf jeden Fall muss das Lösungsmittel derart zusammengesetzt sein, dass es bei den während der zweiten Unterdruckphase herrschenden Bedingungen (Beschaffenheit des zu imprägnierenden Körpers, Temperatur, Höhe des Vakuums) zum Sieden kommt.
In gewissen Fällen kann das Imprägniermittel direkt in einem leichtsiedenden Lösungsmittel gelöst sein.
Diese Lösung kann echt oder kolloidal sein. Es kann sich auch um eine Emulsion handeln.
Der Anteil des leichtsiedenden Lösungsmittels beträgt normalerweise 5 bis 20% bezogen auf das Gewicht der noch nicht mit dem Lösungsmittel versetzten Imprägnierflüssigkeit. Zweckmässigerweise liegt dieser Wert zwischen 5 und 10%.
Der Erfolg des Verfahrens nach der Erfindung ist umso ausgeprägter, je schneller der Abbau des Druckes bei der zweiten Unterdruckphase stattfindet. Bei Verwendung einer wirksamen Hochleistungspumpe lässt sich-sofern der Anteil des Lösungsmittels nicht zu gering ist-eine sehr heftige Reaktion erzielen. Falls man
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dafür sorgt, dass der Druck im Behandlungsbehälter beispielsweise innerhalb 5 sec oder noch weniger auf höchstens 1/3 des normalen Luftdruckes reduziert wird, setzt der Siedevorgang explosionsartig ein. Die Hohlräume der zu imprägnierenden Gegenstände werden dann ausserordentlich rasch entleert.
Selbstverständlich richten sich der Einsatzzeitpunkt des Siedevorganges und die Intensität desselben nicht nur nach der Quantität des Lösungsmittels und der Stärke der Pumpe, sondern auch nach der Grösse und Struktur der zu behandelnden Körper und der Art des leichtsiedenden Lösungsmittels. Mit Vorteil wird eine Pumpe verwendet, die imstande ist, den Luftdruck im Behälter so rasch zu senken, dass bei einem gegebenen Lösungsmittel dieses innerhalb von höchstens 20 sec zum Sieden kommt. Noch bessere Resultate erzielt man, wenn die Pumpe so kräftig ist, dass das Sieden des Lösungsmittels schon nach weniger als 10 sec oder sogar nach Ablauf von höchstens 5 sec seit Beginn des Evakuierungsvorganges einsetzt.
Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.
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Breite und 12 mm Dicke mit einem Vorkondensat eines Phenol-Formaldehydharzes zu imprägnieren.
Zunächst werden die Holzkörper in einen Autoklav gebracht. Dieser wird hierauf verschlossen und hernach mit Hilfe einer rotierenden, ölgefüllten Flügelvakuumpumpe bis auf einen Restdruck von 2 bis 3 mm Hg evakuiert.
Nach Erreichen eines quasi-stationären Vakuums wird ein Hahn zwischen dem evakuierten Behandlungsbehälter und einem über diesem angeordneten Gefäss geöffnet, welches das Imprägniermittel enthält.
Dieses Mittel ist eine kolloidale Lösung eines niedermolekularen Vorkondensats geringer Viskosität eines Phenol-Formaldehydharzes. Diese Lösung besteht zu 50 Gew.-Teilen aus Feststoff und zu 50 Gew.-Teilen aus Wasser. Das Imprägniermittel enthält schliesslich noch 5 Gew.-Teile Methylalkohol. Nach dem öffnen des genannten Hahnes spritzt das Imprägniermittel unter Wirkung des atmosphärischen Druckes in den evakuierten Behandlungsbehälter. Die Menge des Imprägniermittels ist derart bemessen, dass die zu behandelnden Körper völlig eintauchen. Man kann nun während der Tauchphase, die beispielsweise mehrere Stunden dauert, entweder auf das flüssige Imprägniermittel den normalen Luftdruck wirken lassen oder dann im Behandlungsbehälter einen Überdruck erzeugen.
Nach Beendigung des eigentlichen Imprägniervorganges wird das Imprägniermittel wieder aus dem Behandlungsbehälter abgelassen und unter Benutzung der oben beschriebenen Vakuumpumpe im Behälter erneut ein Vakuum erzeugt. Im Versuch betrug das Vakuum nach 1 h zirka 10 bis 12 mm Hg. Von wesentlicher Bedeutung ist der schon angeführte Umstand, dass der Abbau des Druckes im Behälter zu Beginn dieser zweiten Unterdruckphase möglichst brüsk geschehen soll, damit der im Imprägniermittel enthaltene leichtsiedende Bestandteil plötzlich siedet und dermassen eine kräftige Wirkung entfalten kann. Tatsächlich wirkt das siedende Lösungsmittel als Treibgas, welches das Phenolharz geradezu aus den Poren und Zellhohlräumen herausschleudert. Das aus den Körpern getriebene Imprägniermittel lässt sich auffangen und wieder verwenden.
Es wurde festgestellt, dass bei diesem Verfahren der Anteil der von den Holzkörpern aufgenommenen Festphenolharzmenge lediglich 3, 9% des Trockengewichtes des Holzes der Körper betrug, obschon die Körper am
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nachstehenden Änderungen, gleich : Einerseits wurde die zweite Vakuumbehandlung auf 15 min beschränkt und anderseits wurden im Gegensatz zum Beispiel 2 der wässerigen Kunstharzlösung lediglich 3 Gew.-Teile Aceton zugesetzt. Die Phenolharzaufnahme ist dadurch bedeutend höher. Sie beträgt zirka 13, 3% Festharz bezogen auf das Trockengewicht des Holzes.
Die gemäss Beispiel 1, 2 oder 3 imprägnierten Holzplatten werden hernach in einen Wärmeschrank gelegt, wo das im Holz verbleibende Phenolharz bei einer Temperatur von beispielsweise 1300C zur Aushärtung gebracht wird. Diese Wärmebehandlung bewirkt eine Polymerisation des Phenolharzes. Dieses wird dann wasserunlöslich.
Ausgedehnte Versuche bewiesen, dass bei den in Übereinstimmung mit den beschriebenen Beispielen imprägnierten Körpern trotz der erzielten spezifischen Vorteile die Gewichtszunahme und die Dickenquellung unter Einwirkung von Dampf oder Wasser gering sind.
Das Verfahren nach der Erfindung hat auch spezifische Vorteile bei der Behandlung von Körpern mit gegen Feuer, Pilzbefall usw. schützenden Imprägniermitteln. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass man eine wirksame Imprägnierung dank der neuen Verfahrensweise mit einer kleineren Menge des Imprägniermittels erzielen kann.