Holzähnliche Masse und Verfahren zu deren Herstellung. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein holzähnliches Produkt, sowie ein Ver fahren zu dessen Herstellung.
Erfindungsgemässe holzähnliche 1bIassen besitzen dem natürlichen Holz gegenüber in folge ungerichteter Lagerung den Vorteil völlig homogener Struktur, sind im übrigen aber in allen Eigenschaften, insbesondere Gewicht, Härte, Bearbeitbarkeit usw. dem Holz weitgehend vergleichbar. Es handelt sich sozusagen um eiri homogenisiertes Holz, das alle guten Eigenschaften des Naturhol zes aufweist, zum Teil sogar wesentlich ver bessert, dabei aber alle jene Nachteile ver meidet, welche die Holzverarbeitung von ,jeher so schwierig gemacht haben.
Das neue Produkt ist dem Naturholz überall dort überlegen, wo dessen gerichtete Faserstruk tur zu starken Formänderungen unter atmo sphärischen Einflüssen Anlass gibt, also na mentlich im gesamten Anwendungsgebiet des sogenannten Sperrholzes, da Quellung und Schrumpfung. sofern sie überhaupt noch auftreten, was sich nach der speziellen Her stellungsweise richtet, infolge der homogenen Struktur niemals in einer Richtung bevor zugt wirken können. Nicht zuletzt bietet das Verfahren zur Herstellung dieses "Ho- mogenholzes" den ausserordentlichen Vorteil, das Produkt nach Form und Charakter in den denkbar weitesten Grenzen variieren zu können.
Man hat es in der Hand, feinfase rige oder grobfaserige, spezifisch leichte oder dichte Stücke von fast beliebigem Härtegrad und in jeder Form herzustellen.
Es ist verschiedentlich versucht worden, aus Faserstoffen, wie Holzschliff, Zellulose, Stroh und Baumwolle usw. holzartige Pro dukte herzustellen, die als Holzersatz die nen sollen. Neben dem einfachen Zusammen pressen der genannten Substanzen hat man vor allem durch Verfilzung der Faserstoffe dieses Ziel zu erreichen versucht.
Dabei sei mit Verfilzung jene eigentümliche Verbin dung von Fasern bezeichnet, die dadurch zu stande kommt, dass die zunächst in Wasser oder ähnlichen Flüssigkeiten zur Quellung gebrachten Fasern sich nach Abtrennung der flüssigen Phase durch mannigfache, nur teil weise aufgeklärte kolloidchemischeVorgänge zusammenfügen, wie zum Beispiel .durch die gleichzeitig stattfindende Verflechtung und Quellungsverklebung.
Auf dem Wege der Verfilzung ent stehen nun allerdings Materialien, die keine bevorzugte Quellrichtung mehr besitzen, die aber, ihrem typisch pappeartigen Charakter entsprechend, nicht nur bei wechselnder Feuchtigkeit noch starken Formänderungen unterliegen, sondern auch viel zu geringe Festigkeit und Härte besitzen, um als Holz ersatz in Frage zu kommen.
Man versuchte daher, die Qualität solcher Fasermassen durch geeignete Imprägnation zu verbessern., ohne damit zum Ziele zu ge langen, denn entweder erhält man bei Ver wendung gelöster Imprägnationsmittel in folge von Kapillarwirkungen der Fasern keine homogenen Produkte, die Imprägnation ist am Rande stärker als in der Mitte der Stücke, oder man arbeitet mit unverdünnten, also ungelösten, flüssigen oder festen Im prägnationsmitteln und muss aber dann auf Porosität, spezifische Leichtigkeit etc.,
also auf den Holzcharakter schlechthin, verzich ten. Gerade der letzte Weg ist in verschiede nen Modifikationen schon häufig beschritten worden, indem man zum' Beispiel Kunst harze in irgendwelcher Form mit Faserstof fen bei erhöhter Temperatur verpresst hat. Die Fasern dienen hierbei aber praktisch nur mehr als Füllstoff für das. Kunstharz, die Verfilzung ist, zum mindesten in ihrer Wir kung, mehr oder weniger aufgehoben, die einzelnen Fasern sind lediglich in ein kom paktes Stück Leimsubstanz eingelagert, so dass die entstehenden Produkte ihren gesam ten Eigenschaften nach nicht mehr mit Holz verglichen oder als Holzersatz angesprochen werden können.
Zum Unterschied von allen diesen bisher unternommenen Versuchen, ein Kunstholz herzustellen, gelingt es nach der Erfindung, ausgesprochen holzähnliche Massen zu er- halten, bei denen die Verfilzung organischer Fasern mit einer gleichmässigen, aber diskon tinuierlichen Verleimung mittels erhärten den oder künstlich erhärtbaren eventuell irreversiblen Bindemitteln verknüpft ist.
Wesentlich dabei ist, dass die Bindemittel die Zwischenfaserräume nicht ausfüllen, sondern die Fasern nur an den Stellen miteinander ankleben, an denen sie sich entsprechend ihrer willkürlichen Lagerung berühren.
Durch diese Methode allein entsteht ein bleichmässig poröses Produkt.
Unser neues Produkt, welches somit eine holzähnliche, poröse Masse von äusserst ge ringer Quellbarkeit darstellt und mecha nische Eigenschaften aufweist, die denen von Holz ähnlich sind, aber keine bevorzugte Quell- oder Festigkeitsrichtung besitzt, weist verfilzte Fasern von ungerichteter Lagerung auf, welche durch gehärtete Bindemittel gleichmässig verklebt sind, derart, dass die Bindemittel die Zwischenfaserräume nicht vollständig ausfüllen.
Das Verfahren zur Herstellung einer sol chen holzähnlichen Masse besteht nun darin. dass verfilzbare Fasern mit Dispersionen von erhärtbaren Bindemitteln durchtränkt, die Bindemittel auf der Oberfläche der Fasern festgehalten, das Dispersionsmittel und die überschüssige Dispersion zur Hauptsache mechanisch und der Rest des Dispersionsmit- tels durch Verdunsten entfernt und die in dem Fasersystem verbleibenden Bindemittel erhärtet werden.
Was zunächst das Fasermaterial betrifft, so kommt hierfür vorzugsweise Holzschliff, dann weiterhin Zellstoff, Baumwolle, Zellu lose, Stroh und ähnliche oder Gemische der selben in Frage. Die Hauptbedingung, die an dieses Material gestellt werden muss, ist neben einer gewissen mechanischen Festig keit der einzelnen Faser die Fähigkeit zur Verfilzung. Zur Erzielung spezieller Eigen schaften können natürlich zu der einheit lichen oder zusammengesetzten Fasermasse noch Zusätze oder Streckmittel, wie Kork schrot, Holzmehl etc. gegeben werden.
Die physikalischen und chemischen Ei genschaften des Endproduktes hängen ausser von der Faser wesentlich von der Art des Bindemittels ab. Es sind hierfür vorwiegend solche Stoffe geeignet, welche sich auf tech nisch gangbaren Wegen zu einem gewünsch ten Zeitpunkt erhärten lassen, zum Beispiel durch von selbst eintretende oder durch Er wärmen oder Katalyse stattfindende Oxyda tion, Polymerisation, durch Gerbung usw. Es ist hierbei zu erwähnen, dass alle kitt- und zementartigen Substanzen nicht brauchbar sind, da sie zu steinigen Produkten führen, die sich nicht nach Art des Holzes bearbei ten lassen.
Hingegen werden sehr gute Re sultate mit solchen Bindemitteln erzielt, welche nicht zu spröden, unelastischen For men erstarren, zwar sind solche auch ver wendbar, sondern bei denen die Verfesti gung nur in einer sehr weitgehenden Erhö hung der Viskosität besteht, die also in ihrem Endstadium elastische und duktile Flüssigkeiten von enorm hoher Zähigkeit darstellen.
Als solche sind zu nennen: Fir nisse, wie etwa Leinöl etc., natürliche Harze, Kunstharze etc. Für viele Zwecke ist es au sserdem von grossem Wert, dass das fertige Produkt an feuchter Luft oder in Wasser möglichst wenig oder überhaupt nicht mehr quellbar ist, was durch Verwendung solcher Leimsubstanzen erreicht werden kann, die entweder überhaupt hydrophob sind oder die sieh in eine in Wasser unlösliche und un- quellbare Form überführen lassen.
Von be sonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die ein zelnen, in der Fasermasse fixierten Harzteil chen dünnflüssig sind, oder vor der Erhär tung, etwa durch Erwärmen, dünnflüssig werden, wodurch eine besonders feine und gleichmässige Verteilung eventuell eine Durchtränkung der einzelnen Fasern statt findet. Auf diese Weise wird nicht nur die mechanische Festigkeit des Endproduktes günstig beeinflusst, sondern durch eine ver hältnismässig geringe Menge des Bindemit tels die Quellbarkeit der einzelnen Fasern und damit der ganzen Masse aufgehoben, ohne da.ss dadurch die Porosität des Endpro- duktes Einbusse erlitte.
Aus diesen Gründen sind gewisse Kunstharze, zum Beispiel Phenol -Formal dehyd-Kondensationsprodukte oder deren Homologe für vorliegende Zwecke besonders geeignet, da zum Beispiel die Re sole, an sich schon hydrophob, durch ein faches Erwärmen zunächst dünnflüssig wer den, um dann mit oder ohne Katalysatoren zu höchst viskosen, unquellbaren, unschmelz- baren und irreversiblen Resiten zu erstarren.
Man kann natürlich auch Gemische von ver schiedenen Bindemitteln anwenden, sei es zur Erhöhung der Festigkeit, sei es zur Er zielung einer gewissen Elastizität oder aus ökonomischen Gründen usw. Ebenso ist es selbstverständlich, dass nur solche Leimsub stanzen Verwendung finden können, die an sich oder während ihrer Verarbeitung der Faser nicht schädlich sind.
Die eigentliche Verarbeitung dieser Ma terialien muss, wie schon oben gesagt, so ge staltet werden, dass sowohl die Verfilzung der Fasern, als auch die gleichmässige dis kontinuierliche Verleimung gewährleistet ist.
Die Verfilzung erfordert zunächst eine Quellung der Fasern und daraufhin die Ent fernung .des Quellungsmittels bei gleichzeiti ger, möglichst starker Annäherung der ein zelnen Fasern, ein Vorgang, der zwar wis senschaftlich nicht geklärt, aber allgemein bekannt und leicht zu verwirklichen ist.
Zur Verklebung der Fasern sind disper- gierte Bindemittel erforderlich, da, wie oben schon ausgeführt, reine Bindemittel immer zu total verleimten und unporösen Produkten führen.
Aber auch nicht jedes disperse Sy stem ergibt den gewünschten Effekt (siehe das oben Gesagte über Imprägnation); son dern es kommt darauf an, dass die Kombina tion von Fasermaterialien, Leimsubstanzen und Dispersionsmitteln so gewählt wird, dass die Bindemittelteilchen eine genügend starke Adhäsion zur Faser besitzen, so dass nach Durchdringung der Fasermasse mit dem Bindemittelpräparat das Bindemittel zum Teil mindestens auf der Faseroberfläche in gleichmässiger Verteilung zurückbleibt, während das Dispersionsinittel durch mecha nische Massnahmen, wie Absaugen,
Abpres sen oder Abschleudern oder durch Verdun sten entfernt werden kann. Oder, anders aus gedrückt, kommt es darauf an, dass die Tren nung von dispergierten Bindemittelteilchen und Dispersionsmittel nicht durch den Vor gang des Auskristallisierens oder Eindamp- fens vonstatten geht, sondern durch eine Ad sorption der dispergierten Teilchen auf der Faser im weitesten Sinne des Wortes, wobei der Adsorptionskoeffizient oberhalb einer ge wissen Grenze liegen muss, um von prak tischem Wert zu sein.
Entsprechend diesen Adsorptionskoeffizienten tritt im theoreti schen Idealfall nach Erreichung des Adsorp- tionsgleichgewichtes eine Sättigung der Fa seroberfläche mit Bindemitteln ein, deren Konzentration natürlich von der Konzentra tion der Lösung abhängt.
Das disperse System der Bindemittel kann nun sowohl; aus einer echten Lösung im strengen Sinne der Chemie, sowie auch aus kolloidalen Lösungen, Emulsionen, Sus pensionen, bis zu makroskopischen Auf- schlämmungen bestehen.
Demzufolge kann auch die Fixierung der Teilchen in der Fa sermasse auf alle möglichen Arten zustande kommen, die zwischen der reinen Adsorption oder gar chemischen. Bindung bei echten Lö sungen und Emulsionen und dem mechani schen Zurückgehaltenwerden makroskopi- scher Teilchen zwischen den Fasern be stehen.
Durch die Wahldes Bindemittels ist man nun in gewissem Sinne an bestimmte Dis persionsmittel gebunden, denn der disperse Stoff muss ja, wie oben ausgeführt, aus dem System adsorbierbar sein. Im allgemeinen wird dies um so leichter der Fall sein, je ge ringer die Affinität des Bindemittels zum Dispersionsmittel ist, was aber seinerseits die Schwierigkeit mit sich bringt, überhaupt eine Dispersion zustande zu bringen.
Aus diesem Grunde haben sich solche Kombina- tionenl am besten bewährt, bei denen echte Lösungen nicht mehr möglich sind, sondern uur noch mehr oder weniger feine Emul- sionen, Suspensionen, oder Aufschlämmun- gen eventuell unter Zuhilfenahme von Schutz kolloiden oder von Substanzen, welche die zu dispergierenden Stoffe und das Dispersions- mittel gemeinsam zu lösen vermögen.
Aus der theoretischen und im Laborato rium möglichen Anzahl von Kombinationen scheiden aber die meisten für die Technik aus praktischen Gründen der Verarbeitbar- keit und vor allem aus wirtschaftlichen Ge sichtspunkten aus. Es kommt daher für die Praxis beinahe ausschliesslich Wasser als Dispersionsmittel in Betracht. Wasser hat überdies den Vorteil, dass es gleichzeitig als Quellungsmittel für die Fasern dienen kann, was zum Beispiel bei den meisten organi schen Lösungsmitteln nicht der Fall ist.
So hat sich zum Beispiel als sehr brauchbare Kombination eine wässrige Emulsion eines Resols in Verbindung mit Gummi arabicum erwiesen.
Es sei hervorgehoben, dass es für vor liegende Erfindung belanglos ist, auf welche Weise die Dispergierung des Bindemittels erzielt wird und auf welche Art und zu welchem Zeitpunkt das Bindemittelpräparat mit der Faser in Verbindung gebracht wird. Man kann beispielsweise die Faser direkt in der Lösung zur Quellung bringen (bezw. in der Emulsion, Aufschlämmung etc.) und das Dispersionsmittel und die überschüssige Lö sung absaugen oder abpressen.
Ebenso kann aber auch die feuchte oder trockene, aber verfilzte Fasermasse mit dem Bindemittel- Präparat durchtränkt werden, indem man die Formstücke darin badet und den Überschuss absaugt oder abpresst, oder indem man die Lösung usw. durch die Fasermasse hindurch saugt oder presst, oder eine gleichzeitige !Saug- und Presswirkung zur Anwendung bringt.
Schliesslich ist es auch möglich, die Fasermasse zuerst mit einer echten Lösung des Bindemittels zu durchtränken, so dass zu nächst keine genügende Adsorption des Bindemittels auf der Faser stattfindet, dann ein Fällungs- oder Koagulationsmittel zuzu geben, so dass die schlecht oder gar nicht mehr durch die Flüssigkeit auswaschbare Form der Leimsubstanz erst auf der Faser selbst erzeugt wird.
Nach Fixierung des Bindemittels auf der Faser und der Entfernung des Dispersions- mittels und der überschüssigen Lösung oder Emulsion usw. muss das Bindemittel und damit die ganze Masse erhärtet werden. Je nach den verwendeten Leimsubstanzen kann dies durch einfaches Trocknen, Lagern oder Altern, durch Eiwärmen oder durch Be handeln mit flüssigen, gelösten oder gasför tnigen chemischen Agenzien geschehen, die entweder direkt oder katalytisch chemische oder physikalische Veränderungen der Binde mittel verursachen.
Je nach der gewünschten Beschaffenheit des Endproduktes wird man grob- oder fein faserige Massen, nieder oder höher konzen trierte Bindemittelpräparate verwenden; die Dichte lässt sich ausser durch den verschiede nen Leimgehalt, auch durch mehr oder we niger starkes Pressen der Masse vor dem 'trocknen oder Ausheizen variieren; schliess lich lä.sst sich dem Produkt ,je nach der ver wendeten Druck- oder Saugform beliebige Gestalt geben.
Die Erfindung sei an folgenden Ausführungsbeispielen nochmals näher erläutert: 10 Gewichtsteile einer 25% igen wässri- gen Gummi arabicum-Lösung werden mit 7,5 Gewichtsteilen eines nicht oder nur teil weise polymerisierten Phenol-Formaldehyd- Kondensationsproduktes bei normaler und mässig erhöhter Temperatur verrührt. Das Kunstharz geht dabei allmählich unter Wir kung des Gummi arabieum (Schutzkolloid) in eine dishomogene Lösung über, was an der Trübung und Gelb- bis Weissfärbung erkenn bar ist.
Man setzt den Rührprozess zirka 1 Stunde lang fort; die fertige Emulsion wird darauf mit 82,5 Teilen Wasser ver dünnt, so dass man eine milchige Flüssig keit von effektiv 10 % Gehalt an Bindemittel erhält. Die fertig verdünnte Emulsion ist in folge ihres hohen Wassergehaltes ohne wei- teres zur Quellung und Verfilzung von Holz schliff geeignet.
Man bringt 5 Gewichtsteile gewöhnlichen Nadelholzschliff mit zirka 1000 Gewichtsteilen Emulsion unter ständi gem Umrühren, zirka 24 Stunden lang, zur Quellung. Der fertige Brei wird dann in Pressformen für Platten oder beliebige an dere Formstücke gebracht und auf 1/5 seines Volumens zusammengepresst und die ent stehenden Formstücke zunächst zur Beseiti gung des noch in ihnen enthaltenen Wassers mässiger Wärme (zirka<B>60')</B> ausgesetzt,
die nach beendeter Trocknung zur Beschleuni gung des Polymerisationsprozesses zwei bis drei Stunden lang auf 120' erhöht wird.
Dieses Verfahren lässt sieh auch folgen dermassen abändern: 500 g feuchter Nadel holzschliff von mittlerer Fasergrösse wird mehrere Stunden lang in zirka 5 Liter Wasser zur Quellung gebracht. Der dünn flüssige Faserbrei wird dann in eine Nutsche gegossen und das Quellungswasser möglichst gut abgesaugt, wobei gleichzeitig die Masse in der Nutsche durch leichten Druck zu einem kompakten Stück- zusammen gepresst wird.
Nachdem kein Wasser mehr aus dem Formstück entweicht, wird zirka 1 Liter einer Harzemulsion hindurchgesaugt. Diese, eine weisse Milch bildende Emulsion vom spezifischen Gewicht 1,06, besteht aus 187 g eines möglichst schwachen basischen Phenol Formaldehyd-Kondensationsproduktes, eines sogenannten Resols und 68 g Gummi arabi- cum, mit Wasser auf 1 Liter aufgefüllt.
Zu erst läuft das Wasser klar aus der Nutsche heraus, da alle suspendierten Teilchen von der Faser zurückgehalten werden; die Ad sorption konvergiert aber bald nach einer Sättigungsgrenze, was an einer langsam zu nehmenden Trübung des abgesaugten Was sers zu erkennen ist. Nachdem etwa ein Viertel bis ein Drittel der Harzmilch hin durchgesaugt ist, läuft die Emulsion in immer zunehmender, am Schluss sogar mit praktisch gleicher Konzentration wie am Anfang, wieder aus der Nutsche heraus.
Der Faserbrei wird kräftig abgenutscht und noch einmal leicht zusammen gepresst und dann auf einer gewöhnlichen Unterlage bei erhöh ter Temperatur getrocknet und gehärtet.
Als ein Beispiel, bei dem kein Schutz kolloid in Anwendung kommt, sondern die von der Faser absorbierte Form erst auf die ser selbst erzeugt wird, sei folgendes ge nannt: Man löst 100 g eines Resols in 200 cm3 50%igem Alkohol. In dieser Lösung wird ein verfilztes und vollkommen trockenes Formstück aus Nadelholzschliff von zirka 30 bis 40 g gebadet. Nach vollständiger Durchdringung der Fasermasse durch die al koholische Lösung wird sie aus der Lösung herausgenommen und mehrere Stunden in reines Wasser gelegt. Bei der Berührung von Wasser mit der alkoholischen Lösung wird das Harz ausgefällt und schlägt sich auf der Faser nieder.
Das Wasser-dringt allmählich durch die Poren bis in das Innere des Stüh- kes ein und bewirkt auf diese Weise eine gleichmässige disperse Verteilung des Binde mittels. Man lässt die Masse abtropfen und gibt sie in den Ofen zur Verdunstung des Wassers und zur Erhärtung des Harzes.
Um die Verwendung des teueren Alko hols als Lösungsmittel zu vermeiden, kann man schliesslich auch auf folgende Weise verfahren: Man kondensiert Phenol und Formaldehyd in wässriger Lösung unter An wendung von möglichst wenig Alkali (zum Beispiel Natronlauge oder Ammoniak), aber nur so lange, bis sich oberhalb 25 oder 30 das Wasser und das gebildete Kondensa tionsprodukt noch nicht trennen. Hierzu gibt man die Fasern zur Quellung und saugt dann die überschüssige Lösung ab.
Bei nun mehr anschliessender- Erwärmung der Masse auf zirka 100 C findet nicht nur ein Ver dunsten des Lösungsmittels, also ein Ein dampfen statt, wodurch die oben besproche nen Mängel eintreten würden, sondern gleichzeitig schreitet die Kondensation und Polymerisation des Produktes fort, wödurch es schwerer löslich wird, sich von der wäss- rigen Phase trennt und auf der Faser zu rückbleibt.
Dieses in der Handhabung einfachste Verfahren muss allerdings durch eine be trächtlich schlechtere Ausbeute an Aus gangsmaterial, nämlich an Phenol und For maldehyd, erkauft werden, da ein grosser Teil dieser Ausgangsstoffe noch frei vor handen ist und bei der Ausheizung sich ver flüchtigt.
Nach allen den nunmehr beschriebenen Methoden erhält man brettartige Stücke von hellgelber bis brauner Farbe mit dem spez. Gewicht zwischen etwa 0,25 und 0,6 von holzähnlicher Härte und Bearbeitbarkeit. Das Produkt lä.sst sich sägen, hobeln, fräsen, bohren, schleifen, man kann es vernageln, verschrauben, auf allen Flächen verleimen, fournieren, polieren etc. Es kann direkt mit Farben oder Lacken überzogen werden, oder mit Tapeten, Tüchern usw. beklebt werden.
Es ist gegen Feuchtigkeit, Austrocknung, Erwärmung usw. vollständig widerstands fähig und verzieht sich bei genügendem Bindemittelgehalt selbst bei enormer Bean spruchung in dieser Hinsicht auf keine Weise.
Wood-like mass and process for its production. The present invention is a wood-like product and a method for its production.
Wood-like materials according to the invention have the advantage of a completely homogeneous structure compared to natural wood due to undirected storage, but are otherwise largely comparable to wood in all properties, in particular weight, hardness, workability, etc. It is, so to speak, a homogenized wood that has all the good properties of natural wood, in some cases even significantly improved, but avoids all of the disadvantages that have always made wood processing so difficult.
The new product is superior to natural wood wherever its directional fiber structure gives rise to strong changes in shape under atmospheric influences, i.e. in the entire field of application of so-called plywood because of swelling and shrinkage. if they still occur at all, which depends on the special Her position, can never act in one direction before given due to the homogeneous structure. Last but not least, the process for producing this "homogeneous wood" offers the extraordinary advantage of being able to vary the product in terms of shape and character within the broadest conceivable limits.
It's up to you to produce fine-grained or coarse-grained, specifically light or dense pieces of almost any degree of hardness and in any shape.
Various attempts have been made to produce wood-like products from fibrous materials such as pulp, cellulose, straw and cotton, etc., which should be used as wood substitutes. In addition to the simple pressing together of the substances mentioned, attempts have been made to achieve this goal primarily by felting the fibers.
Felting refers to the peculiar connection of fibers that is created by the fact that the fibers, which are initially swollen in water or similar liquids, come together after separation of the liquid phase through various, only partially elucidated colloid chemical processes, such as for example. due to the simultaneous interweaving and swelling bonding.
In the process of matting, however, materials are created that no longer have a preferred direction of swelling, but which, due to their typical cardboard-like character, are not only subject to strong changes in shape when the humidity changes, but also have far too little strength and hardness to be considered wood replacement to come into question.
Attempts were therefore made to improve the quality of such fiber masses by suitable impregnation, without reaching the goal, because either when using dissolved impregnation agents, as a result of the capillary effects of the fibers, no homogeneous products are obtained; the impregnation is marginally stronger than in the middle of the pieces, or you work with undiluted, i.e. undissolved, liquid or solid impregnation agents and then you have to pay attention to porosity, specific lightness, etc.,
In other words, do without the wood character par excellence. The last path in particular has often been followed in various modifications, for example by pressing synthetic resins in some form with fiber at elevated temperatures. The fibers are practically only used as a filler for the. Synthetic resin, which is felting, at least in its effect, is more or less suspended, the individual fibers are only embedded in a compact piece of glue substance, so that the resulting products are theirs Overall properties can no longer be compared with wood or addressed as a wood substitute.
In contrast to all these previous attempts to produce synthetic wood, the invention succeeds in obtaining distinctly wood-like masses in which the matting of organic fibers with a uniform but discontinuous gluing by means of hardening or artificially hardening, possibly irreversible binders is linked.
It is essential that the binders do not fill the inter-fiber spaces, but only glue the fibers to one another at the points where they touch according to their random position.
This method alone creates a pale, porous product.
Our new product, which is a wood-like, porous mass of extremely low swellability and has mechanical properties that are similar to those of wood, but has no preferred direction of swelling or strength, has matted fibers from undirected storage, which are caused by hardened Binders are evenly glued in such a way that the binders do not completely fill the inter-fiber spaces.
The process for producing such a wood-like mass consists in this. that feltable fibers are impregnated with dispersions of hardenable binders, the binders are retained on the surface of the fibers, the dispersant and the excess dispersion are mainly removed mechanically and the rest of the dispersant is removed by evaporation and the binders remaining in the fiber system are hardened.
As far as the fiber material is concerned, wood pulp, then pulp, cotton, cellulose, straw and the like, or mixtures of the same, are preferred. The main condition that must be placed on this material, in addition to a certain mechanical strength of the individual fibers, is the ability to felt. In order to achieve special properties, additives or extenders such as cork meal, wood flour, etc. can of course be added to the uniform or composite fiber mass.
The physical and chemical properties of the end product depend not only on the fiber, but also on the type of binder. There are mainly those substances suitable, which can be cured in technically feasible ways at a desired time, for example by occurring by itself or by He warming or catalysis oxidation, polymerization, tanning, etc. It should be mentioned here that all putty and cement-like substances are not usable, as they lead to stony products that cannot be processed in the same way as the wood.
On the other hand, very good results are achieved with binders that do not solidify into brittle, inelastic For men, although they can also be used, but in which the hardening only consists in a very substantial increase in viscosity, i.e. in its final stage represent elastic and ductile fluids of extremely high viscosity.
These include: varnishes, such as linseed oil, etc., natural resins, synthetic resins, etc. For many purposes it is also of great value that the finished product swell as little as possible, or not at all, in moist air or water What can be achieved by using glue substances that are either hydrophobic at all or that can be converted into a water-insoluble and non-swellable form.
It is of particular advantage here if the individual resin particles fixed in the fiber mass are thin, or become thin before hardening, for example by heating, which results in a particularly fine and even distribution, possibly impregnating the individual fibers . In this way, not only is the mechanical strength of the end product positively influenced, but the swellability of the individual fibers and thus of the whole mass is eliminated by a relatively small amount of the binder, without the porosity of the end product being impaired.
For these reasons, certain synthetic resins, for example phenol -formaldehyde condensation products or their homologues, are particularly suitable for the present purposes, since, for example, the Re sols, already hydrophobic in themselves, initially become thin by heating them to then with or without To solidify catalysts to form highly viscous, non-swellable, infusible and irreversible resistances.
Of course, you can also use mixtures of different binders, be it to increase the strength, be it to achieve a certain elasticity or for economic reasons, etc. It is also obvious that only those glue substances can be used which per se or are not harmful to the fiber during their processing.
As already mentioned above, the actual processing of these materials must be designed in such a way that both the felting of the fibers and the even, discontinuous gluing is guaranteed.
The felting first requires swelling of the fibers and then the removal of the swelling agent while at the same time bringing the individual fibers as close as possible, a process that is not scientifically clarified, but is well known and easy to implement.
To bond the fibers, dispersed binders are required because, as already stated above, pure binders always lead to totally glued and non-porous products.
But not every disperse system gives the desired effect (see what was said above about impregnation); Instead, it is important that the combination of fiber materials, glue substances and dispersants is chosen so that the binder particles have a sufficiently strong adhesion to the fiber, so that after the fiber mass has penetrated the binder preparation, the binder partially at least on the fiber surface uniform distribution remains, while the dispersion medium by mechanical measures such as suction,
Can be pressed off or spun off or removed by evaporation. Or, to put it another way, it is important that the separation of the dispersed binder particles and the dispersant does not take place through the process of crystallization or evaporation, but rather through adsorption of the dispersed particles on the fiber in the broadest sense of the word , the adsorption coefficient must be above a certain limit in order to be of practical value.
Corresponding to these adsorption coefficients, in the theoretical ideal case, after the adsorption equilibrium has been reached, the fiber surface is saturated with binding agents, the concentration of which naturally depends on the concentration of the solution.
The disperse system of the binder can now be consist of a real solution in the strict sense of chemistry, as well as colloidal solutions, emulsions, suspensions and macroscopic slurries.
As a result, the fixation of the particles in the fiber mass can come about in all possible ways, between pure adsorption or even chemical. There is binding in real solutions and emulsions and the mechanical retention of macroscopic particles between the fibers.
By choosing the binding agent, one is bound to certain dispersants in a certain sense, because the dispersed substance must, as explained above, be adsorbable from the system. In general, this will be the easier the case, the lower the affinity of the binder for the dispersant, which in turn brings with it the difficulty of even bringing about a dispersion.
For this reason, those combinations have proven to be best in which real solutions are no longer possible, but rather more or less fine emulsions, suspensions, or slurries, possibly with the aid of protective colloids or substances which able to dissolve the substances to be dispersed and the dispersant together.
From the theoretical number of combinations possible in the laboratory, however, most of them are ruled out for technology for practical reasons of processability and above all for economic reasons. In practice, therefore, almost exclusively water is used as a dispersion medium. Furthermore, water has the advantage that it can also serve as a swelling agent for the fibers, which is not the case with most organic solvents, for example.
For example, an aqueous emulsion of a resol combined with gum arabic has proven to be a very useful combination.
It should be emphasized that it is irrelevant for the present invention in what way the dispersion of the binder is achieved and in what way and at what point in time the binder preparation is brought into connection with the fiber. For example, the fibers can be made to swell directly in the solution (or in the emulsion, slurry, etc.) and the dispersant and the excess solution can be sucked off or pressed off.
Likewise, the moist or dry but matted fiber mass can be soaked with the binding agent preparation by bathing the molded pieces in it and sucking off or pressing off the excess, or by sucking or pressing the solution etc. through the fiber mass, or a Simultaneous! suction and pressing effect brings to application.
Finally, it is also possible to impregnate the fiber mass with a real solution of the binder first, so that initially there is insufficient adsorption of the binder on the fiber, then to add a precipitant or coagulant so that it penetrates poorly or not at all the liquid washable form of the glue substance is only produced on the fiber itself.
After the binding agent has been fixed on the fiber and the dispersing agent and the excess solution or emulsion etc. have been removed, the binding agent and thus the entire mass must be hardened. Depending on the glue substances used, this can be done by simply drying, storing or aging, by heating eggs or by treating with liquid, dissolved or gaseous chemical agents that cause chemical or physical changes in the binding agent either directly or catalytically.
Depending on the desired nature of the end product, you will use coarse or fine fibrous masses, lower or higher concen trated binder preparations; the density can be varied not only through the different glue content, but also through more or less forceful pressing of the mass before drying or baking; Finally, the product can be given any shape, depending on the pressure or suction form used.
The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments: 10 parts by weight of a 25% strength aqueous gum arabic solution are stirred with 7.5 parts by weight of an unpolymerized or only partially polymerized phenol-formaldehyde condensation product at normal and moderately elevated temperatures. The synthetic resin gradually turns into a dishomogeneous solution under the action of gum arabic (protective colloid), which can be recognized by the cloudiness and yellow to white color.
The stirring process is continued for about 1 hour; the finished emulsion is then diluted with 82.5 parts of water, so that a milky liquid with an effective 10% content of binder is obtained. Due to its high water content, the fully diluted emulsion is easily suitable for swelling and matting of ground wood.
5 parts by weight of ordinary coniferous wood pulp with about 1000 parts by weight of emulsion are made to swell with constant stirring for about 24 hours. The finished pulp is then placed in compression molds for plates or any other shaped pieces and compressed to 1/5 of its volume and the resulting shaped pieces are first of all to remove the water they still contain with moderate heat (approx. 60 ') </ B> exposed,
which is increased to 120 'for two to three hours to accelerate the polymerization process after drying is complete.
This process can also be modified as follows: 500 g of damp wood pulp with a medium fiber size is swollen in around 5 liters of water for several hours. The thinly liquid fiber pulp is then poured into a suction filter and the swelling water is sucked off as well as possible, while at the same time the mass in the suction filter is pressed together into a compact piece by applying slight pressure.
After no more water escapes from the molding, about 1 liter of a resin emulsion is sucked through. This emulsion, which forms a white milk with a specific gravity of 1.06, consists of 187 g of a basic phenol-formaldehyde condensation product, a so-called resole, which is as weak as possible, and 68 g of gum arabic, made up to 1 liter with water.
At first the water runs clear out of the suction filter, since all suspended particles are held back by the fiber; However, the adsorption converges soon after a saturation limit, which can be seen from the slowly increasing turbidity of the extracted water. After about a quarter to a third of the resin milk has been sucked through, the emulsion runs out of the suction filter in increasing, at the end even with practically the same concentration as at the beginning.
The pulp is sucked off vigorously and lightly pressed together again and then dried and hardened on an ordinary surface at an elevated temperature.
As an example, in which no protective colloid is used, but the form absorbed by the fiber is only generated on the water itself, the following is mentioned: 100 g of a resol is dissolved in 200 cm3 of 50% alcohol. A matted and completely dry shaped piece made of softwood pulp weighing approx. 30 to 40 g is bathed in this solution. After the fiber mass has completely penetrated the alcoholic solution, it is removed from the solution and placed in pure water for several hours. When water comes into contact with the alcoholic solution, the resin is precipitated and is deposited on the fiber.
The water gradually penetrates through the pores into the interior of the stick and in this way effects an even, dispersed distribution of the binding agent. The mass is allowed to drain and placed in the oven to allow the water to evaporate and the resin to harden.
In order to avoid the use of the expensive alcohol as a solvent, one can finally proceed in the following way: Phenol and formaldehyde are condensed in an aqueous solution using as little alkali as possible (for example sodium hydroxide or ammonia), but only until above 25 or 30, the water and the condensation product formed do not yet separate. To do this, the fibers are given to swell and then the excess solution is sucked off.
When the mass is subsequently heated to around 100 C, not only does the solvent evaporate, i.e. an evaporation, which would cause the defects discussed above, but at the same time the condensation and polymerization of the product continues, which makes it more difficult becomes soluble, separates from the aqueous phase and remains on the fiber.
This process, which is easiest to use, has to be bought at the cost of a considerably poorer yield of starting material, namely phenol and formaldehyde, since a large part of these starting materials is still free and volatilized when heated.
After all the methods now described, board-like pieces of light yellow to brown color are obtained with the spec. Weight between about 0.25 and 0.6 of wood-like hardness and machinability. The product can be sawed, planed, milled, drilled, sanded, nailed, screwed, glued, veneered, polished etc. on all surfaces. It can be covered directly with paints or varnishes, or with wallpaper, cloths etc. are pasted.
It is completely resistant to moisture, drying out, heating, etc. and, with sufficient binder content, does not warp in any way, even under enormous stress.