Verfahren zum Veredeln von Holz und daraus hergestellten Gegenständen. Es ist bekannt, dass Holz und aus Holz bestehende Gegenstände hydrophil sind und die Neigung haben, Wasser unter Quellung aufzunehmen und beim Trocknen unter Ver werfungen, Rissbildungen und dergleichen wieder abzugeben. Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, Hölzer der verschiedensten Art von ihrer lästigen Eigenschaft des Feuch tigkeitsaustausches zu befreien und die Eigen schaften des Holzes, insbesondere mit Bezug auf Festigkeit, durch Imprägnierung zu ver bessern.
Es ist bereits bekannt, Holzgegenstände, wie Eisenbahnschwellen, Pfähle und derglei chen durch Imprägnierung gegen Feuchtig keit, Fäulnis und Bakterienwirkung zu schüt zen. Derartige Imprägnierungen besitzen aber zumeist den Nachteil, dass sie den behandelten Gegenständen schlechten Geruch oder störende Verfärbungen verleihen, so dass sie für viele Anwendungsgebiete nicht brauchbar sind. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Holz, Faserstoffe, Papier und Pappe mit einer Lö sung eines Kunstharzes in organischen Lö sungsmitteln zu imprägnieren, hierauf das Lösungsmittel zu verdampfen und alsdann das eingeführte Kunstharz durch Erhitzen weiter zupolymerisieren.
Dieses Verfahren, für wel ches bestimmte Kunstharze nicht vorgeschla gen worden sind, besitzt den Nachteil, dass das Austreiben und die Wiedergewinnung des verhältnismässig teuren organischen Lösungs mittels unter Vermeidung störender Beein flussung des in Umbildung begriffenen Kunst- harzen Schwierigkeiten bereitet und mit Lö- sungsmittelverlusten verbunden ist. Dieses Im prägnierverfahren hat, soweit es sich auf die Behandlung von Holz mit Kunstharzen be zieht, Eingang in die Technik nicht gefunden.
Nach vorliegender Erfindung gelingt die Veredlung von Holz und daraus hergestellten Gegenständen unter weitgehender Verbesse rung der Eigenschaften des Holzes und da mit verbundener grosser Vorteile durch Ein verleibung ganz bestimmter Kunstharze unter Einhaltung bestimmter Arbeitsbedingungen.
Demgemäss betrifft die Erfindung ein Verfah ren zum Veredeln von Holz und daraus her gestellten Gegenständen durch Imprägnieren mit Kunstharzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz zunächst durch schonendes Trocknen in gut saugfähigen Zustand überge führt, alsdann mit wässrigen Lösungen von Vorkondensaten von Aminoplasten, welche ohne Mitwirkung von Katalysatoren in die un löslichen Endprodukte übergeführt werden können, bei höchstens mässig erhöhter Tempe ratur getränkt und nach Befreiung von über schüssiger Flüssigkeit bei darüber hinaus er höhten Temperaturen gehärtet wird. Zweck mässig arbeitet man bei Härtungstemperatu- ren von über 95 C.
Eingehende Untersuchungen haben erge ben, dass zur erfolgreichen Durchführung des Verfahrens durchaus nicht alle Kunstharze, geeignet sind. So kommen z. B. die vielge bräuchlichen Phenolaldehydharze schon des halb nicht in Betracht, weil damit imprä- gnierte Hölzer einen unangenehmen Geruch aufweisen und nach einiger Zeit Verfärbungen erleiden. Ebenso haben sich polymere Kunst harze, wie Polyvinylverbindungen, als nicht geeignet erwiesen.
Dagegen sind für die in Rede stehende Holzveredlung Aminoplaste der genannten Art, wie Dicyandiamid-Form- aldehydkunstharze oder Melamin-Formalde- hydkunstharze, geeignet.
Im Vergleich zu Harnstoff- und Thioharnstofformaldehyd- kunstharzen bietet die Verwendung von Aminoplasten vorstehend genannter Art den Vorteil, dass die letzteren auch ohne Mitwir kung von Katalysatoren beim Härtungsvor- gang Verwendung finden können.
Man kann infolgedessen durch Verzicht auf Mutverwen dung von Katalysatoren (Härtere) Störungen, welche durch Wirkung von Katalysatoren bei der Durchtränkung des Holzes entstehen kön nen, wie das Auftreten von die gleichmässige Durchimprägnierung behindernden Verdik- kungen von vornherein ausschalten.
Während Harnstofformaldehydharze mit Hilfe von sauer wirkenden Katalysatoren gehärtet wer ; den müssen, und auch bei Verwendung von Salzen, wie Ammonchlorid, die Masse im Laufe der Kondensation sauer wird, bietet die Anwendung von Dicyandiamidformaldehyd- kunstharzen den Vorteil, dass die Kondensa tion und Härtung in neutralem oder schwach alkalischem Gebiet durchgeführt werden kann, z. B. bei pH-Werten von etwa 7 bis 9.
Dies ist insofern von erheblicher Bedeutung, als sauer wirkende Medien bei erhöhter Temperatur eine abbauende Wirkung auf Zellulose aus üben, wodurch die mechanischen Eigenschaf ten der veredelten Hölzer ungünstig beein flusst werden können. Ein weiterer Vorzug be steht darin, dass die die Wasser- bzw.
Wasser , dampfaufnahme blockierende Wirkung von Kunstharzen nach Art der Dicyandiamidform- aldehydkunstharze günstiger liegt als die der Harnstofformaldehydkimstharze. Aus den Kunstharzmolekülen gehen nämlich 'von den entsprechenden polaren Gruppen nebenvalenz- mässige Kräfte aus,
die mit den aus den Hy- droxylgruppen der Zellulosemoleküle aus gehenden in Wechselwirkung treten. Nun sind aber die Hydroxylgruppen diejenigen, die Wassermoleküle aufnehmen und so aus feuch ter Luft durch Sorption von Wasser durch Quellung Veränderungen des Holzes mit sich bringen. Die Holzveredlung durch Einverlei bung von Kunstharzen gemäss der Erfindung bezweckt unter anderem, beide Arten der Wasseraufnahme des Holzes praktisch zu ver hindern.
Kunstharze nach Art der Dicyandi- amidformaldehydkunstharze wirken nun in dieser Richtung günstiger als Harnstofform- aldehydkunstharze. Zu alledem kommt die technisch wichtige Tatsache, dass die wasser löslichen Vorkondensate von Kunstharzen nach Art der Dicyandiamidformaldehydkunst- harze wesentlich stabiler sind als die Vorkon- densate von Harnstoff und Formaldehyd.
Dieg ist insofern von erheblicher Bedeutung, als beim betriebsmässigen Arbeiten üblicher weise ein grösserer Ansatz hergestellt und die ser nach und nach aufgearbeitet wird und fer ner die beim Imprägnieren der Hölzer ver bleibenden Rückstände an wässrigen Lösun gen von Vorkondensaten immer wieder ver wendet werden müssen.
Wesentlich für den Erfolg vorliegender Erfindung ist, dass die zu veredelnden Hölzer vor dem Einbringen der Vorkondensate einem langsamen und sorgfältigen Trocknungsvor- gang unterworfen werden, der vorteilhaft im 'Vakuum durchgeführt wird.
Hierdurch ge lingt es, das Gefüge des Holzes in einen der artigen Zustand zu versetzen, dass eine rasche und gleichmässige Vollimprägnierung möglich ist und nach Überführung der Vorkondensate in den unlöslichen Endzustand die Gesamt masse des Holzes gleichmässig von dem ein geführten Kunstharz durchsetzt ist. Im. übri gen kann der Imprägnierungsvorgang noch durch Massnahmen, wie Druck, begünstigt werden. Der Härtungsvorgang kann mit Vor teil durch Erhitzen der imprägnierten Hölzer im Vakuum durchgeführt werden. Der Ge samtvorgang kann, wie das nachstehende Bei spiel zeigt, in ein und derselben Apparatur durchgeführt werden.
In Sonderfällen kann eine zwei- oder mehrmalige Imprägnierung mit darauffolgender Härtung vorgenommen werden.
Eine Vorkondensatlösung kann man z. B. wie folgt herstellen: 840 g Dicyandiamid werden in 2800 cm\I einer 30%igen Formaldehydlösung, die mit n/10 Na0Id auf einen pH-Wert von 8,5 einge stellt worden ist, eingebracht. Nach einigen Stunden bzw. nach gelindem Erwärmen wird das Gemisch klar löslich. Es kann alsdann mit Wasser verdünnt werden. Durch Verdünnung des Ansatzes mit Wasser auf 10 Liter erhält man eine für die Imprägnierung geeignete Lösung.
Für die Durchführung des Verfahrens kann man Dicyandiamidformaldehydkonden- sate verwenden, die aus 1 Mol Dicyandiamid und etwa 21/2 Mol Formaldehyd bei neutraler oder schwach alkalischer Reaktion erhalten werden. Man kann aber auch das Molverhält- nis von Dicyandiamid und Formaldehyd vari ieren, insbesondere nach der Richtung hin, dass auf 1 Mol Dieyandiamid weniger als 2,5 Mol Formaldehyd angewendet werden.
An Stelle von Dicyandiamidformaldehy d- kunstharzen kann man auch Melamin-Alde- hydkunstharze, insbesondere Melaminform- aldehydkunstharze verwenden, die in ent sprechender Weise in Form w ässriger Lösun gen zur Anwendung gebracht werden und entsprechend wirken.
Ebenso kann man Ge mische verschiedener Kunstharze, die Dicyan- diamidformaldehydkunstharze und/oder Mel- aminformaldehydkunstharze enthalten, zum Beispiel Dicyandiamidformaldehydkunstharz und Harnstoffkunstharz, oder Dicyandiamid- kunstharz und Melaminkunstharz, oder Di- cyandiamidkunstharz und Melaminkunstharz und Harnstoffkunstharz,
in Form wässriger Lösungen von Vorkondensaten zur Anwen dung bringen.
<I>Beispiel:</I> Etwa 1 cm dicke Bretter aus Eschenholz werden in einem Autoklaven bei 60 C im Va kuum vorsichtig getrocknet. Hierauf wird eine Lösung eines Dieyandiamidformaldehyd- vorkondensates, die nach der oben gegebenen Vorschrift hergestellt worden ist, bei gewöhn- licher Temperatur eingepresst. Der Druck wird hierbei allmählich auf etwa 25 Atm er höht und die Hözer alsdann einige Zeit, z. B. 12 Stunden, in der Lösung belassen.
Hierauf wird die unverbrauchte Imprägnierflüssigkeit abgelassen, der Autoklav evakuiert und lang sam auf eine Temperatur von 100 C gebracht. Nachdem diese Temperatur erreicht ist, ist die Härtung in kurzer Zeit vollendet. Die Bretter sind gleichmässig mit dem unlöslichen Kunst harz durchsetzt.
Die erfindungsgemäss veredelten Hölzer zeichnen sich durch vorzügliche Wasserbestän digkeit und erheblich verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere mit Bezug auf Festigkeit (Druck- und Biegefestigkeit) aus. Selbst bei längerer Einwirkung von Feuchtig keit zeigen die veredelten Hölzer keine Nei gung zu Verziehungen und dergleichen. Auch bei längerem Lagern tritt keine Bildung von Rissen und dergleichen Nachteilen auf. Die Imprägnierung gewährt weiterhin einen weit gehenden Schutz gegen Fäulnis, Schimmel bildung, Zerstörung durch Bakterien und an dere tierische Schädlinge. Durch Zusatz nicht störender fungizider Stoffe kann man diese Schutzwirkungen noch verbessern.
Vergleichsprüfungen haben ergeben, dass erfindungsgemäss veredelte Kieferhölzer durch die Imprägnierung mit Dicyandiamidform- aldehydkunstharz Steigerungen der Druck festigkeit senkrecht zur Faser um etwa 50 und mehr und Steigerung der Biegefestigkeit um etwa 15 % und mehr erfahren haben. Bei Harthölzern, wie Buche oder Eiche, wurden Steigerungen der Druckfestigkeit um 50 bis 65 % und mehr und Steigerung der Biege festigkeit um 35 % und mehr festgestellt. In folge der weitgehend verbesserten Eigenschaf ten der erfindungsgemäss imprägnierten Höl zer können insbesondere mit Bezug auf Festig keit die Profile erheblich verringert und da durch grosse Mengen von Holz eingespart wer den.
Die Lebens- und Gebrauchsdauer der veredelten Hölzer wird durch die Kunststoff imprägnierung ausserordentlich verlängert; die Hölzer sind giftfrei, geruchlos und schwer, entflammbar. Unerwünschte Verfärbungen treten nicht auf. Ein grosser Vorzug besteht darin, dass trotz der Durchimprägnierung mit Kunstharz das spezifische Gewicht des Holzes kaum verändert wird. Das imprägnierte Holz kann mit üblichen Werkzeugen bearbeitet werden; es lässt sich gut und zuverlässig ver leimen. Bei Lackierung kann auf Grundierung verzichtet werden. Das Arbeiten des Holzes (Quellen, Schwinden, Reissen) wird durch die Veredlung gemäss Erfindung praktisch aufge hoben.
Das erfindungsgemäss veredelte Holz ge stattet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere für die Verwendung als Bauholz und für Tischlereizwecke, z. B. für die Her stellung von Möbeln und dergleichen. Weiter hin eignet sich erfindungsgemäss veredeltes Holz vorzüglich für die Herstellung von Trep penstufen, Parkettböden, für Spaltarbeiten, Schnitzarbeiten, Drehereizwecke usw.
Process for refining wood and objects made from it. It is known that wood and objects made of wood are hydrophilic and have a tendency to absorb water with swelling and release it again when drying with warping, cracking and the like. The inventor has set himself the task of freeing various types of wood from their annoying property of moisture exchange and improving the properties of the wood, particularly with regard to strength, by impregnation.
It is already known to protect wooden objects such as railway sleepers, stakes and the like by impregnation against moisture, rot and bacterial action. However, impregnations of this type usually have the disadvantage that they give the treated objects a bad odor or disruptive discoloration, so that they cannot be used for many areas of application. It has also already been proposed to impregnate wood, fibrous materials, paper and cardboard with a solution of a synthetic resin in organic solvents, then to evaporate the solvent and then to polymerize the synthetic resin introduced further by heating.
This process, for which certain synthetic resins have not been proposed, has the disadvantage that the expulsion and recovery of the relatively expensive organic solution by means of avoiding interfering effects on the synthetic resins undergoing transformation causes difficulties and is associated with solvent losses is. This impregnation process has not found its way into technology as far as it relates to the treatment of wood with synthetic resins.
According to the present invention, the refinement of wood and objects made from it succeeds with a substantial improvement in the properties of the wood and there with associated great advantages by incorporating very specific synthetic resins while observing certain working conditions.
Accordingly, the invention relates to a method for refining wood and objects made therefrom by impregnation with synthetic resins, characterized in that the wood is first transferred to a highly absorbent state by gentle drying, then with aqueous solutions of precondensates of aminoplasts, which are not involved Catalysts can be converted into the insoluble end products, soaked at a moderately elevated temperature at most and, after being freed from excess liquid, cured at elevated temperatures beyond that. It is advisable to work at curing temperatures of over 95 C.
In-depth studies have shown that not all synthetic resins are suitable for the successful implementation of the process. So come z. For example, the common phenol aldehyde resins are not considered because wood impregnated with them has an unpleasant odor and discolouration after a while. Polymer synthetic resins such as polyvinyl compounds have also proven to be unsuitable.
In contrast, aminoplasts of the type mentioned, such as dicyandiamide-formaldehyde synthetic resins or melamine-formaldehyde synthetic resins, are suitable for the wood finishing in question.
In comparison to urea and thiourea-formaldehyde synthetic resins, the use of aminoplasts of the type mentioned above has the advantage that the latter can also be used in the curing process without the involvement of catalysts.
As a result, by renouncing the courageous use of catalysts (harder) disturbances which can arise from the effect of catalysts during the impregnation of the wood, such as the occurrence of thickenings which hinder uniform impregnation, can be eliminated from the outset.
While urea-formaldehyde resins are hardened with the help of acidic catalysts who; the need, and even when using salts such as ammonium chloride, the mass becomes acidic in the course of the condensation, the use of dicyandiamide formaldehyde synthetic resins offers the advantage that the condensation and hardening can be carried out in a neutral or slightly alkaline area, eg. B. at pH values of about 7 to 9.
This is of considerable importance as acidic media have a degrading effect on cellulose at elevated temperatures, which can have an adverse effect on the mechanical properties of the refined wood. Another advantage is that the water resp.
Water, the steam absorption-blocking effect of synthetic resins like the dicyandiamide-formaldehyde synthetic resins is more favorable than that of the urea-formaldehyde synthetic resins. Indeed, from the synthetic resin molecules, the corresponding polar groups produce secondary valence forces,
which interact with those emanating from the hydroxyl groups of the cellulose molecules. But the hydroxyl groups are the ones that absorb water molecules and thus bring about changes in the wood from humid air through sorption of water through swelling. The wood finishing by incorporation of synthetic resins according to the invention aims, among other things, to practically prevent both types of water absorption by the wood.
Synthetic resins like the dicyandiamide-formaldehyde synthetic resins now have a more favorable effect in this direction than urea-formaldehyde synthetic resins. In addition to this, there is the technically important fact that the water-soluble precondensates of synthetic resins of the dicyandiamide-formaldehyde type are significantly more stable than the precondensates of urea and formaldehyde.
This is of considerable importance as a larger batch is usually produced during operational work and this is gradually processed and furthermore the residues of aqueous solutions of precondensates that remain during the impregnation of the wood have to be used again and again.
It is essential for the success of the present invention that the woods to be refined are subjected to a slow and careful drying process, which is advantageously carried out in a vacuum, before the precondensates are introduced.
This makes it possible to put the structure of the wood in such a state that rapid and even full impregnation is possible and, after the precondensates have been converted into the insoluble final state, the total mass of the wood is evenly permeated by the synthetic resin introduced. In addition, the impregnation process can be promoted by measures such as pressure. The hardening process can be carried out with some advantages by heating the impregnated wood in a vacuum. As the following example shows, the entire process can be carried out in one and the same apparatus.
In special cases, two or more impregnations with subsequent hardening can be carried out.
A precondensate solution can be used, for. B. produce as follows: 840 g of dicyandiamide are introduced into 2800 cm \ I of a 30% formaldehyde solution which has been adjusted to a pH of 8.5 with n / 10 NaOId. After a few hours or after gentle warming, the mixture becomes clearly soluble. It can then be diluted with water. A solution suitable for impregnation is obtained by diluting the batch with water to 10 liters.
To carry out the process, dicyandiamide formaldehyde condensates can be used which are obtained from 1 mole of dicyandiamide and about 21/2 moles of formaldehyde in a neutral or slightly alkaline reaction. However, the molar ratio of dicyandiamide and formaldehyde can also be varied, in particular in the direction that less than 2.5 mol of formaldehyde are used for 1 mol of dieyandiamide.
Instead of dicyandiamide-formaldehyde synthetic resins, it is also possible to use melamine-aldehyde synthetic resins, in particular melamine-formaldehyde synthetic resins, which are used in an appropriate manner in the form of aqueous solutions and act accordingly.
Likewise, you can mix different synthetic resins containing dicyandiamide formaldehyde synthetic resins and / or melamine formaldehyde synthetic resins, for example dicyandiamide formaldehyde synthetic resin and urea synthetic resin, or dicyandiamide synthetic resin and melamine synthetic resin, or dicyandiamide synthetic resin and melamine synthetic resin and urea synthetic resin,
apply in the form of aqueous solutions of precondensates.
<I> Example: </I> About 1 cm thick boards made of ash wood are carefully dried in an autoclave at 60 C in a vacuum. A solution of a dieyandiamide-formaldehyde precondensate, which has been prepared according to the above-mentioned instructions, is then injected at the usual temperature. The pressure is here gradually increased to about 25 Atm and the Hözer then some time, z. B. 12 hours, left in the solution.
The unused impregnation liquid is then drained off, the autoclave evacuated and slowly brought to a temperature of 100 ° C. Once this temperature has been reached, curing is completed in a short time. The boards are evenly interspersed with the insoluble synthetic resin.
The woods refined according to the invention are characterized by excellent water resistance and significantly improved mechanical properties, in particular with regard to strength (compressive and flexural strength). Even with prolonged exposure to moisture, the refined woods show no tendency to warp and the like. Even after prolonged storage, there is no formation of cracks and similar disadvantages. The impregnation also provides extensive protection against rot, mold growth, destruction by bacteria and other animal pests. These protective effects can be further improved by adding non-interfering fungicidal substances.
Comparative tests have shown that pine woods refined according to the invention have experienced increases in compressive strength perpendicular to the fiber by about 50 and more and increased flexural strength by about 15% and more as a result of impregnation with dicyandiamide formaldehyde synthetic resin. With hardwoods such as beech or oak, increases in compressive strength by 50 to 65% and more and increases in flexural strength by 35% and more were found. As a result of the largely improved properties of the woods impregnated in accordance with the invention, the profiles can be considerably reduced, especially with regard to strength, and large amounts of wood can be saved.
The service life and service life of the refined wood is greatly extended by the plastic impregnation; the woods are non-toxic, odorless and difficult to ignite. Unwanted discoloration does not occur. A great advantage is that, despite the impregnation with synthetic resin, the specific weight of the wood is hardly changed. The impregnated wood can be processed with common tools; it can be glued well and reliably. A primer can be dispensed with when painting. The work of the wood (swelling, shrinking, tearing) is practically canceled by the refinement according to the invention.
The wood refined according to the invention ge equips versatile applications, especially for use as lumber and for joinery purposes, eg. B. for the manufacture of furniture and the like. Furthermore, wood refined according to the invention is ideally suited for the production of stairs, parquet floors, for splitting work, carving work, for turning purposes, etc.