-
Verfahren zum Imprägnieren, insbesondere zum Verfestigen von porigen
Gegenständen, wie Holz, Sandstein od. dgl. Seit langem ist bekannt, daß Holz gehärtet
oder in anderer Weise in seinen Eigenschaften verbessert wer -den kann, wenn man
es mit harzartigen Substanzen imprägniert. Nach den bekannten Verfahren kann man
aber zufriedenstellend nur dünne Bretter aus Holz von etwa 1 cm Dicke wirksam imprägnieren.
Es können zwar auch Balken, Blöcke od. dgl. tiefer imprägniert werden, aber diese
Imprägnierungen sind über 1/z cm Tiefe hinaus nicht mehr gleichmäßig und befriedigen
nicht. Eines dieser Verfahren sieht vor, daß man das Holz in ein zuvor hergestelltes
flüssiges Phenolformaldehydharz einlegt und das Holz nach Entfernung des äußerlich
anhaftenden flüssigen Harzes erhitzt, um das im Holz befindliche Harz zu verfestigen.
Es sind ferner verschiedene Verfahren bekannt, bei denen das Holz vor der Imprägnierung
mit dem flüssigen Harz mit Dampf behandelt oder evakuiert wird oder bei denen während
der Imprägnierung oder auch während der Verfestigung des Harzes durch Erhitzen Druck
angewendet wird. Es ist auch des weiteren die Verwendung kondensationsbeschleunigender
basischer Stoffe bekannt, die vor dem Imprägnieren des Holzes mit der Formaldehyd-Phenol-Mischung
dem Holz zugeführt werden. Aber alle diese Verfahren haben keine zufriedenstellende
gleichmäßige Imprägnierung des Holzes quer zur Faserrichtung ergeben, die tiefer
als 1/s cm in das Holz hineinreicht. Diese Verfahren sind nicht nur im Wirkungsgrad
begrenzt; sie weisen auch den Nachteil auf, daß die zuvor hergestellten flüssigen
Phenolformaldehydharze beim Stehen viskoser zu werden drohen und in größeren Mengen
nicht gut gelagert werden können.
-
Gemäß der Erfindung wird das feste porige Material, insbesondere Holz,
zuerst mit einer gasförmigen, basischen Stickstoffverbindung und nach deren Eindringen
mit einer zur Bildung des Harzes befähigten Flüssigkeit behandelt, die unter Kondensation
in dein porigen Gegenstand die Verfestigung bedingt. Man kann die Luft aus den zu
imprägnierenden Gegenständen vor der Behandlung mit den Gasen evakuieren, um die
Imprägnierung zu erleichtern; nötig ist das aber nicht in jedem Fall.
-
Es wurde gefunden, daß die Kombination dieser Verfahrensstufen in
vieler Hinsicht vorteilhaft ist. Die anfängliche Behandlung mit einer gasförmigen
basischen Stickstoffverbindung scheint die anschließende Imprägnierung mit einer
harzbildenden Flüssigkeit zu erleichtern, weil das Gas wahrscheinlich in dieser
Flüssigkeit aufgelöst wird und letztere durch das Gas in den porigen Körper hineingezogen
wird. Dieser Effekt tritt besonders deutlich bei der Behandlung von Holz auf. Die
basische Stickstoffverbindung dient außerdem als Katalysator für die Harzbildungsreaktion.
Diese Umwandlungsreaktion der nichtharzartigen Flüssigkeit in das feste Harz ist
stark exotherm. Der imprägnierte Körper wird gewöhnlich erhitzt, um eine ziemlich
schnelle Bildung des Harzes zu bewirken. Die Reaktion kann aber zuweilen auch ohne
Erhitzen des Körpers von außen bewirkt werden. Die durch die eintretende Reaktion
erzeugte Wärme bewirkt die Fortpflanzung der Reaktion im Inneren des Körpers, wodurch
die Flüssigkeit innerhalb des porigen Körpers in ein Harz umgewandelt und dieses
gehärtet wird. Mit anderen Worten: die durch die Reaktion erzeugte Wärme ergänzt
die gewöhnlich von außen zugeführte Wärme und kürzt die zur Bildung und Härtung
des Harzes erforderliche Erhitzungszeit ab. Dieser Vorteil ist in diesem Ausmaß
bei der üblichen Anwendung eines vorgebildeten flüssigen Harzes, z. B. eines Phenolformaldehydkondensationsproduktes,
als Imprägniermittel nicht vorhanden.
-
Die Erfindung kann ganz allgemein zur Verharzung fester poriger Stoffe
angewandt werden, so von Holz, Papier, Pappe, Zementblöcken, Beton und porigen
Ziegeln.
Sie ermöglicht insbesondere eine tiefere und gleichmäßigere Imprägnierung von Holz,
als es sonst möglich ist.
-
Als Imprägnierflüssigkeit kann jede nichtharzartige Flüssigkeit benutzt
werden, die in Gegenwart einer basischen Stickstoffverbindung, z. B. von Ammoniak
oder einem Amin, durch Kondensation ein festes Harz zu bilden vermag. Solche harzbildenden
Flüssigkeiten sind Lösungen von Phenol und Formaldehyd; Kresol und Formaldehyd;
Chlorphenol und Formaldehyd; Harnstoff und Formaldehyd; Furfuraldehyd und Phenol;
Furfuraldehyd, Formaldehyd und Phenol und schließlich von Furfurylalkohol, Phenol
und Furfuraldehyd. Solche nichtharzartigen, harzbildenden Flüssigkeiten sind in
Abwesenheit von Katalysatoren bei Raumtemperatur sehr beständig, können in großen
Mengen gelagert und nach Bedarf im vorliegenden Verfahren benutzt werden.
-
Vorzugsweise soll die harzbildende Imprägnierflüssigkeit ein ziemlich
dünnflüssiges Produkt sein, das beispielsweise bei 25° eine Viskosität von 100 cP
oder darunter aufweist. Mittels geeigneter Verdünnungsmittel, z. B. Wasser, Methanol
oder Äthanol, soll sie sich auf die gewünschte Viskosität leicht einstellen lassen.
Die harzbildende Flüssigkeit soll im allgemeinen von Kondensationsprodukten frei
sein; bis zu 10 Gewichtsprozent können aber in Form flüssiger Polymerisate in ihr
vorhanden sein, ohne daß sich dadurch Nachteile ergeben.
-
Bevorzugt werden wäßrige Lösungen von 1 Mol eines vorzugsweise einwertigen
Phenols und 1 bis 3, vorzugsweise 1 bis 2 Mol Formaldehyd benutzt, wie sie durch
Vermischen des Phenols mit einer wäßrigen, 20 Gewichtsprozent oder mehr enthaltenden
Formaldehydlösung hergestellt werden. Eine solche Lösung verdickt sich auch bei
mehrmonatigem Stehen bei Raumtemperatur nicht.
-
Für die erste Behandlungsstufe kann jede gasförmige, stark basische
Stickstoffverbindung verwendet werden, so z. B. Ammoniak, Methylamin oder Dimethylamin.
Da Ammoniak am billigsten und am leichtesten erhältlich ist, wird es bevorzugt.
Die gasförmige basische Stickstoffverbindung kann wasserfrei oder mit inerten Gasen
oder Dämpfen, z. B. Stickstoff oder Wasserdampf, vermischt sein. So eignen sich
z. B. die beim Sieden einer wäßrigen Ammoniurnhydroxyd- oder Methylaminlösung entstehenden
Dämpfe. Bevorzugt wird praktisch wasserfreies gasförmiges Ammoniak angewandt.
-
Vor der Behandlung mit den Gasen bzw. Flüssigkeiten kann man den zu
behandelnden Gegenstand, z. B. Holz, in einer dazu geeigneten Kammer evakuieren,
bis der Druck unter 0,5 at abgesunken ist, um die Luft aus ihm zu entfernen. Man
erreicht die Evakuierung gewöhnlich ohne jede Erhitzung. Erhitzung unterstützt aber
wiederum auch die Austreibung der Feuchtigkeit. Die Evakuierung ist zu empfehlen,
aber nicht Bedingung. Dann wird die gasförmige basische Stickstoffverbindung, z.
B. Ammoniak, in solcher Weise in die evakuierte Kammer geleitet, daß sich in dieser
ein Druck von 1 at oder mehr einstellt. Man kann das Evakuieren auch fortlassen
und den Gegenstand direkt mit den Dämpfen der basischen Stickstoffverbindung bei
Atmosphärendruck oder darüber behandeln.
-
Die von den zu behandelnden Gegenständen nicht absorbierte Stickstoffverbindung
wird entfernt, ehe sie mit der nichtharzartigen, harzbildenden Flüssigkeit imprägniert
werden. Die Dämpfe der Stickstoffverbindung können aber auch bis nach der Behandlung
mit dem flüssigen Imprägniermittel mit den Gegenständen in Kontakt bleiben. Die
bevorzugte Verfahrensweise hängt von der Art des Gegenstandes und den Bedingungen
ab, unter denen gearbeitet wird: Körper, z. B. Beton oder Ziegel, die die gasförmige
basische Stickstoffverbindung nicht sehr gut absorbieren, werden vorteilhaft zuerst
mit Wasser befeuchtet" um sie absorptionsfähiger zu machen und in den Stand zu versetzen,
die gasförmige basische Stickstoffverbindung besser festhalten zu können. Man kann
aber auch die Stoffe, die zwar für Ammoniak durchdringbar sind, aber es nicht stark
absorbieren, direkt mit einer gasförmigen Stickstoffverbindung unter Drücken von
0,14 bis 7 at oder darüber behandeln. Die am mit der Flüssigkeit behandelten Stoff
anhaftende nicht absorbierte Flüssigkeit wird gewöhnlich von ihm abgetrennt und
neutralisiert, so daß sie während der Lagerung bis zur erneuten Verwendung nicht
reagiert. Zur Neutralisation kann jede beliebige Säure, bevorzugt eine organische
Carbonsäure, z. B. Milch- oder Essigsäure, benutzt werden. Der imprägnierte Körper
wird gewöhnlich auf 50 bis 150° oder höher erhitzt, um die Harzbildung zu bewirken.
Diese Harzbildung kann zuweilen aber auch bei tieferer Temperatur erreicht werden,
indem man z. B. den imprägnierten Körper mehrere Tage lang bei Raumtemperatur lagert.
Gewöhnlich wird der imprägnierte Körper während des Harzbildungsvorganges mittels
Luft, Stickstoff oder eines anderen inerten Gases unter Druck gesetzt, um ein Austreten
der harzbildenden Flüssigkeit aus dein porigen Körper zu verhindern. Die Anwendung
von Druck kann aber auch unterbleiben.
-
Holz absorbiert gasförmige basische Stickstoffverbindungen, z. B.
Ammoniak, in starkem Maße und hält sie auch zurück. Das Holz wird gewöhnlich mit
einer derartigen Verbindung bei Atmosphärendruck oder Drücken bis zu 7 at behandelt.
Durch die Druckbehandlung wird die Behandlungszeit abgekürzt, außerdem nimmt das
Holz größere Mengen Gas auf. Nach Beendigung dieser Gasbehandlung werden die nichtabsorbierten
Gase um ein vorzeitiges Verdicken der harzbildenden Flüssigkeit, mit der das Holz'
anschließend imprägniert wird, zu vermeiden, zweckmäßig beseitigt. Die weiteren
Verfahrensschritte entsprechen den oben beschriebenen.
-
Bekanntlich werden gewisse Hölzer leichter imprägniert als andere.
So werden die meisten Harthölzer, z. B. Sommereiche und Ahorn, tiefer imprägniert
als Weichhölzer, z. B. Rottanne oder Fichte, unter sonst ähnlichen Bedingungen.
Gewisse Harthölzer, z. B. Wintereiche, widerstehen jedoch der Imprägnierung in höherem
Maße. Auch ist Kernholz im allgemeinen schwerer zu imprägnieren als Splintholz.
Ferner erfolgt die Durchdringung mit einer Flüssigkeit bei Holz im allgemeinen in
Faserrichtung leichter und besser als senkrecht zur Faserrichtung. Obwohl diese
allgemeinen Feststellungen auch im Hinblick auf das vorliegende Verfahren beachtet
werden müssen, kann dieses Verfahren angewandt werden, um außergewöhnlich tiefe
Imprägnierungen bei allen Arten von Hölzern in jeder Richtung zu erzielen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zur Imprägnierung von Holz
anwenden, das grün ist, an der Luft oder im Ofen getrocknet wurde, gleichgültig;
oh es zuvor mit Wasserdampf behandelt wurde oder nicht, um die Poren des Holzes
zu öffnen. Gewöhnlich wird das Verfahren zur Behandlung von Bau- und Nutzhölzern
benutzt, wie sie aus dem Sägewerk kommen. Bei Anwendung von gasförmigem Ammoniak
unter bevorzugten Bedingungen kann eine gründliche
Imprägnierung
von Holzbohlen oder -brettern bis zu einer Tiefe von 10 cm oder mehr gewöhnlich
in 20 Minuten bis 1 Stunde erreicht werden.
-
Das Verfahren wird im allgemeinen so durchgeführt, daß man in eine
Behandlungskammer, in der sich das zuvor mit Ammoniak behandelte Holz zusammen mit
dem flüssigen Imprägniermittel befindet, ein praktisch inertes Gas, z. B. Luft oder
Stickstoff, einleitet und mit ihm den Druck auf z. B. 2,1 bis 7 at steigert, wodurch
die Flüssigkeit in das Holz hineingedrückt wird. Diese Druckanwendung ist aber nicht
erforderlich, wenn das Holz ein aus Eiche oder Ahorn bestehendes Hartholz von weniger
als 2,5 cm Dicke ist. Die zur Imprägnierung mit der Flüssigkeit erforderliche Zeit
hängt von dem angewandten Druck, der Art und Dicke des Holzes und der Tiefe der
gewünschten Imprägnierung ab. Die meisten Bauhölzer, die etwa 2 bis 10 cm dick sind,
können unter einem Druck von 3,5 bis 7 at in weniger als einem Tag und zuweilen
weniger als einer Stunde durch und durch imprägniert werden.
-
Nach dieser Imprägnierung wird die überschüssige harzbildende Flüssigkeit
aus der Kammer abgezogen und neutralisiert. Danach wird die Kammer mit Luft oder
Stickstoff wieder unter einen Druck von 3,5 at oder mehr gesetzt und mit ihrem Inhalt
auf 50 bis 150°, vorzugsweise 65 bis 85°, erhitzt, um die in das Holz eingedrungene
Flüssigkeit zu verfestigen und zu härten. Diese Härtung in der Wärme braucht nicht
unter Druckanwendung zu erfolgen. Die Anwendung empfiehlt sich aber, um das Austreten
der harzbildenden Flüssigkeit aus dem Holz zu verringern oder völlig zu verhindern.
-
Die Bildung des festen Harzes innerhalb des Holzes ist in vieler Beziehung
vorteilhaft. Das behandelte Holz schrumpft oder quillt bei Feuchtigkeitsänderungen
weniger als unbehandeltes Holz gleicher Art. Durch die Behandlung wird das Holz
ferner gehärtet. Ein besonderer Vorzug der Behandlung liegt in der Verbesserung
des Widerstandes gegenüber dem Angriff von Säuren, was besonders wertvoll ist, wenn
das Holz zum Bau von Lagertanks für saure Substanzen benutzt oder überhaupt der
Einwirkung von Säuren oder sauren Dämpfen ausgesetzt werden soll. Das Verhalten
gegenüber der Einwirkung von Säuren stellt im übrigen ein hohes Maß für die Güte
der Imprägnierung dar. Ein schlecht oder ungleichmäßig imprägniertes Holz wird,
obwohl es eine große Menge Harz enthalten kann, bei Einwirkung von Säuren schwammig.
-
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 Es erstreckt
sich auf drei Versuche an im Ofen getrocknete, geradfaserige Stücke der Ponderosakiefer
(Querschnitt 2,5 cm2). Bei allen Versuchen bestand die nichtharzartige, harzbildende
Flüssigkeit aus einer Phenolformaldehydlösung, die durch Auflösen von 44 Gewichtsteilen
Phenol in 56 Gewichtsteilen einer 37gewichtsprozentigen Formaldehydlösung hergestellt
worden war. Bei Anwendung des älteren bekannten Imprägnierverfahrens wurde das Holz
zuerst mit einer gesättigten wäßrigen Lösung von Hexamethylentetramin und anschließend
mit der harzbildenden Flüssigkeit imprägniert. Bei den Versuchen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wurde das Holz zuerst mit Ammoniak und danach mit der harzbildenden Flüssigkeit
imprägniert. Bei allen Versuchen wurde das Holzstück zunächst gewogen und in die
Imprägnierkammer gebracht. Aus dieser wurde die Luft abgepumpt, bis der Druck auf
ungefähr 250 mm Hg abgesunken war. Danach wurde wie folgt verfahren.
-
Beim ersten Versuch wurde die gesättigte wäßrige Hexamethylentetraminlösung
in solcher Menge in die evakuierte Kammer gegeben, daß das Holz vollständig von
ihr bedeckt war. Der Druck in der Kammer betrug bis zu 1,4 at. Das Holz wurde 24
Stunden in der Hexamethylentretraminlösung belassen, anschließend aus der Kammer
herausgenommen, von anhaftender Flüssigkeit befreit und 24 Stunden in einem Ofen
bei 80° getrocknet. Es wurde danach völlig in die harzbildende Flüssigkeit eingetaucht
und 24 Stunden darin belassen. Nach Abtrennen der Flüssigkeit wurde es durch 24stündiges
Erhitzen in einer geschlossenen Kammer auf 70° bei einem Luftdruck von 2,8 at gehärtet.
Das behandelte Holz wurde dann aus der Kammer herausgenommen, gewogen und in der
unten beschriebenen Weise geprüft, um seinen Widerstand gegenüber einer wäßrigen
Salzsäurelösung festzustellen. Das Holzstück wurde senkrecht zur Faser zerschnitten
und die Schnittflächen auf Gleichmäßigkeit der Imprägnierung mit dem Harz untersucht.
Wie es schien, enthielten alle Teile des Holzes eine gewisse Menge Harz; der größere
Teil des Harzes war aber an der Oberfläche des Holzes, d. h. etwa 0,3 cm tief, in
Form eines Harzbandes konzentriert.
-
Beim zweiten Versuch wurde in die evakuierte Kammer in der sich das
zu behandelnde Holz befand, gasförmiges Ammoniak eingeleitet, und zwar so lange,
bis der Druck in der Kammer auf den Normaldruck oder einen etwa zwischen 1,05 und
1,4 at liegenden Druck angestiegen war. Das Holz wurde 24 Stunden lang in der mit
Ammoniak gefüllten Kammer belassen und danach das vom Holz nichtabsorbierte Ammoniak
durch Einleiten von Luft aus der Kammer verdrängt. Das mit Ammoniak behandelte Holz
wurde dann in die harzbildende Flüssigkeit eingetaucht und bei Atmosphärendruck
24 Stunden darin belassen. Anschließend wurde es aus der Flüssigkeit herausgenommen
und in einer geschlossenen Kammer bei 70° unter einem Luftdruck von 2,8 at 24 Stunden
erhitzt. Das so behandelte Holzstück wurde dann ebenfalls gewogen und wie oben gegenüber
wäßriger Salzsäurelösung geprüft. Wenn man es quer zur Faserrichtung aufschnitt
und die Schnittflächen auf Gleichförmigkeit der Harzverteilung prüfte, schien das
Harz gleichmäßig durch das ganze Holz verteilt zu sein.
-
Der dritte Versuch wurde in ähnlicher Weise durchgeführt, nur wurde
das Holz hier lediglich 30 Minuten lang in Berührung mit dem gasförmigen Ammoniak
belassen. Das so behandelte Holz wurde dann nur 45 Minuten lang in die harzbildende
Flüssigkeit eingetaucht, wobei allerdings ein Druck von 3,5 at angewandt wurde.
Dann wurde die überschüssige Flüssigkeit vom Holz abgetrennt und das gasförmige
Ammoniak zugegeben, um in der Kammer einen Dampfdruck von 0,35 at hervorzurufen,
gasförmiges Ammoniak in die Kammer eingeleitet. Dann wurde Luft eingeleitet, um
den Druck auf 2;8 at zu steigern, worauf das Holz bei diesem Druck 17 Stunden lang
auf 70° erhitzt wurde, um das im Holz gebildete Harz zu härten. Das Holz wurde wiederum
gewogen und in der oben beschriebenen Weise gegenüber einer wäßrigen Salzsäurelösung
geprüft. Wenn das Holz quer zur Faserrichtung zerschnitten wurde, ergab sich, daß
das Harz gleichmäßig durch das Holz durchgedrungen war, also ein ausgeprägtes Harzband
in den Außenteilen des Holzstückes nicht zu erkennen war.
-
Der Widerstand gegenüber Salzsäure wurde bestimmt,
indem
die verharzten Hölzer 2 Stunden in eine 18gewichtsprozentige wäßrige Salzsäure gelegt
wurden, die auf 70° erhitzt war. Das Holz wurde nach der Prüfung herausgenommen,
um festzustellen, ob es weich und schwammig geworden war bzw. ob kleine Risse entstanden
waren.
-
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse dieser drei Versuche
zusammengestellt. Dabei sind die Behandlungszeiten mit Hexamethylentetramin bzw.
N H,
bei der ersten Imprägnierung des Holzes, Zeit und Druck bei der anschließenden
zweiten Imprägnierung des Holzes mit der harzbildenden Flüssigkeit und die Zeit
angegeben, die das imprägnierte Holz bei 70ƒ unter Druck erhitzt wurde,
um das Harz zu bilden. In der Tabelle ist ferner unter »Zunahme« die prozentuale
Gewichtszunahme angegeben, die es durch die Behandlung erfahren hat. Aus der Tabelle
ist schließ-. lich zu ersehen, ob das behandelnde Holz dem Angriff der Säure widerstand
und ob Harz im Holz gleichmäßig verteilt war. Tabelle I
| Versuch 1. Imprägnierung 2. Imprägnierung Erhitzungs- Zunahme
Gleich- Widerstand |
| mäßigkeit |
| Behand- Behand- 1 Druck dauer in Gewichts- gegenüber |
| Nr. Mittel lungsdauer lungsdauer in Stunden prozent der Harz-
Säure |
| in Stunden in Stunden (at) verteilung |
| 1 I Hexamethy- |
| lentetratnin 24 24 0 24 97,4 schlecht schlecht |
| 2 NH3 24 24 0 24 42,1 gut gut |
| 3 NH3 0,5 0,75 3,5 17 99,5 gut gut |
Beispiel 2 Die Versuche erstreckten sich auf die Behandlung verschiedener Holzarten.
Das Holz wurde zuerst mit Ammoniak und dann mit einer wäßrigen Lösung von Phenol
und Formaldehyd imprägniert, worauf es anschließend erhitzt wurde, um das Harz gemäß
dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bilden. Zu Vergleichszwecken wurde das Holz statt
mit Ammoniak zuerst mit einer wäßrigen Lösung von Phenol, Formaldehyd und Ammoniak
und anschließend mit einer wäßrigen Lösung von Phenol und Formaldehyd imprägniert.
-
Jeder längsfaserige Holzblock (Querschnitt 2,5 cm2) wurde gewogen
und in die Kammer gelegt. In einigen Versuchen wurde die Luft abgepumpt, um den
Druck in der Kammer auf 25 mm Hg zu verringern. Nach 15 Minuten langem Aufrechterhalten
dieses Druckes wurde die als Imprägniermittel benutzte Flüssigkeit in die Kammer
gegeben. Bei anderen Versuchen wurde die Evakuierung der Kammer fortgelassen, so
daß der Luftdruck unmittelbar vor Einführung des Imprägniermittels normal war.
-
Bei allen gemäß der Erfindung durchgeführten Versuchen wurde in die
das Holz enthaltende Kammer so lange das gasförmige Ammoniak eingeleitet, bis in
ihr ein Überdruck von 0,35 at herrscht, der dann 45 Minuten aufrechterhalten wurde.
Das nichtabsorbierte Ammoniak wurde dann durch Einleiten von Luft aus der Kammer
verdrängt, und der Druck auf etwa Atmosphärendruck eingestellt. Danach wurde eine
wäßrige Lösung von Phenol und Formaldehyd, die durch Auflösen von 250g Phenol in
500 ccm einer wäßrigen 37gewichtsprozentigen Formaldehydlösung hergestellt worden
war, in die Kammer gegeben, so daß das Holz völlig eingetaucht war. Die Kammer wurde
dann mit Luft unter einen Druck von 4,2 at gesetzt; dieser Druck wurde so lange
aufrechterhalten, wie in der Tabelle II angegeben. Nach Aufheben des Druckes wurde
die von dem Holz nicht absorbierte Flüssigkeit aus der Kammer abgezogen. Der Gasdruck
in der Kammer wurde zuerst durch gasförmiges Ammoniak auf 0.35 at und anschließend
durch Luft auf 4,2 at gebracht. Unter Aufrechterhaltun ; dieses Druckes wurden Kammer
und Inhalt 16 Stunden lang auf die in T, belle II angegebene Här tungstemperatur
erhitzt. Der Druck wurde dann aufgehoben und das Holz aus der Kammer herausgenommen
und gewogen:. Die prozentuale Gewichtszunahme eines so behandelten Holzblockes gegenüber
dem anfänglichen Gewicht ist in der Tabelle II als »°/o Zunahme« angegeben. Jeder
behandelte Holzblock wurde senkrecht zur Faserrichtung in zwei Hälften zersägt,
deren Schnittflächen auf Gleichmäßigkeit der Verteilung des in dem Holz gebildeten
Harzes geprüft wurden. Alle nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Holz-Blöcke
schienen durch und durch und praktisch gleichmäßig von dem Harz imprägniert worden
zu sein.
-
Bei den Versuchen, bei denen das vorliegende Verfahren nicht angewandt
wurde, wurde das Holz lediglich mit einer durch Vermischen von 250 g Phenol; 500
ccm einer wäßrigen 37o/oigen Formaldehydlösung und 50 ccm einer wäßrigen Ammoniumhydroxydlösung
hergestellte Lösung 4 Tage bei ungefähr 15;5Q gelagert. Die Lösung wurde in die
Kammer gegeben; die den zuvor gewogenen Holzblock enthielt, so daß' dieser völlig
in die Flüssigkeit eintauchte. Dann wurde so viel Luft eingeleitet, daß der Druck
bei 4,2 a1-" lag ; . er wurde während der in der Tabelle angegebenen Zeit' aufrechterhalten.
Danach wurde die vom Holz nicht absorbierte Flüssigkeit aus dem Kessel abgezogen
und in ihn wiederum Luft eingeführt, bis der Druck 4;2 at betrug. Unter diesem Druck
wurde dann die Kammer mit dem Inhalt 16 Stunden lang auf 75' erhitzt. Der
Druck wurde dann aufgehoben und das Holz gewogen, `" um die Harzaufnahme zu bestimmen.
Jeder Block '' wurde quer zur Faserrichtung halbiert, um die Harzverteilung festzustellen.
In allen so behandelten Holz-Blöcken wurde ein starkes Harzband an der Oberfläche
festgestellt, während das Innere des Holz-Blockes, wenn überhaupt, nur sehr wenig
Harz enthielt. In den meisten Fällen war die Harzschicht in den Außenteilen des
Holzes nur 0,07 bis 0,15 inne stark. In einigen Fällen ist sie - weniger gut erken-ibar
- etwas stärker gewesen. Alle Holzblöcke, .die nicht nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren behandelt worden waren, wiesen jedenfalls eine ungleichmäßige Harzverteilung
auf.
-
Die Ergebnisse dieser Versuche sowie alle notwendigen Einzelheiten
sind in der Tabelle II zusammengestellt. Dabei ist Phenol durch »P« und Formaldehyd
durch »F« abgekürzt.
| Tabelle II |
| Versuel: Holzart das Wurde zuerst Holz Imprägnierung mprägnierung
mit temperatur Gewichts- zunahme Harzverteilung |
| evakuiert? o/o |
| 1 Ahorn nein NH3; dann P-F-Lösung 750 48,5 gleichmäßig |
| 3 Stunden lang |
| 2 Esche nein desgl. 750 32,0 gleichmäßig |
| 3 Kiefer nein desgl. 75° 127,0 gleichmäßig |
| 4 Eiche nein desgl. 750 22,6 gleichmäßig |
| 5 Ahorn nein Lösung aus P, F und NH3 750 20,6 ungleichmäßig |
| 3 Stunden lang |
| 6 Esche nein desgl. 750 9,4 ungleichmäßig |
| 7 Kiefer nein desgl. 75° 16,4 ungleichmäßig |
| 8 Eiche nein desgl. 750 20,4 ungleichmäßig |
| 9 Ahorn ja NH3; dann P-F-Lösung 750 64,0 gleichmäßig |
| 90 Minuten lang |
| 10 Fichte ja desgl. 750 15,6 gleichmäßig |
| 11 Esche ja desgl. 75° 14,0 gleichmäßig |
| 12 Kiefer ja desgl. 750 67,8 gleichmäßig |
| 13 Eiche ja desgl. 750 17,9 gleichmäßig |
| 14 Ahorn ja Lösung aus P, F und NH3 75° 29,1 ungleichmäßig |
| 90 Minuten lang |
| 15 Fichte ja desgl. 750 6,0 ungleichmäßig |
| 16 Esche ja desgl. 750 3,1 ungleichmäßig |
| 17 Kiefer ja desgl. 750 17,7 ungleichmäßig |
| 18 Eiche ja desgl. 75° 6,3 ungleichmäßig |
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch noch in abgewandelter Weise angewandt worden.
So wurde z. B. der Luftdruck in der Kammer, die zwei Stücke Ponderosakiefer (2,5
cm2 Querschnitt) enthielt, auf 250 innig Hg reduziert und dann so viel Ammoniakgas
eingeleitet, daß ein Druck von 0,35 at entstand. Nach 30 Minuten langer Kontaktzeit
wurde das nicht absorbierte Ammoniak durch Luft aus der Kammer verdrängt. Das Holz
wurde dann mit einer aus 0,975 Mol Phenol, 0,025 Mol 2,4 Dichlorphenol, 1,45 Mol
Formaldehyd und etwa 4,1 Mol Wasser bestehenden Lösung unter einem Druck von 3,5
bis 4,9 at 45 Minuten lang imprägniert, wonach die nicht absorbierte Flüssigkeit
von dem Holz abgetrennt und dieses unter einem Druck von 3,5 at 24 Stunden auf
80' erhitzt wurde, um das Harz in dem Holz zu bilden. Die behandelten Holzstücke
wogen 125 bzw. 139% mehr als vor der Behandlung. Aus Kernholz bestehende Fichten-
und Wintereichenstücke obiger Größe wurden ebenso behandelt, nur bestand die harzbildende
Flüssigkeit aus einer wäßrigen Lösung von Phenol und Formaldehyd der im Beispiel
1 angegebenen Art. Die Gewichte der beiden Holzstücke erhöhten sich wie folgt: 46,8%
beim Fichten- und 34,5% beim Wintereichenstück. Das erfindungsgemäße Verfahren hat
sich ferner bewährt, wenn eine wäßrige Lösung aus 1 Mol Phenol und 2 Mol Furfural
als harzbildende Flüssigkeit zur Imprägnierung des mit Ammoniak vorbehandelten Holzes
angewandt wurde. In ähnlicher Weise hat sich eine Lösung von Harnstoff und Formaldehyd
als Imprägnierflüssigkeit bewährt. An Stelle von gasförmigem Ammoniak kann man das
Holz auch mit Dämpfen einer siedenden 25gewichtsprozentigen Methylatninlösung in
befriedigender Weise behandeln. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur
Verharzung von Holz, sondern auch zur Imprägnierung und Verharzung anderer fester
poriger Stoffe, z. B. von Graphitstücken und Sandstein, angewandt werden. Mit einem
Phenolformaldehydharz gemäß der Erfindung verharztes Holz wurde zum Bau eines Tanks
benutzt, in welchem eine saure wäßrige Eisenchloridlösung 12 Monate lang bei
80' aufbewahrt wurde. Nach dieser Zeit ergab eine Prüfung des Holzes, daß
es genau so fest und gut war wie bei der Ingebrauchnahme. Für den gleichen Zweck
zuvor benutztes unbehandeltes Kiefernholz zeigte nach 10 bis 12 Monaten eine derartige
Schwächung durch den Angriff der Eisenchloridlösung, daß es nicht weiterbenutzt
werden konnte. Schließlich ist die Erfindung auch zur Behandlung von hölzernen Propellern
von Ventilatoren angewandt worden, die zum Abziehen saurer, mit H Cl und Metallchloriden
beladener Dämpfe aus einem Raum benutzt werden. Die unbehandelten Holzpropeller
wurden sehr schnell angegriffen und hatten nur eine Lebensdauer von etwa 10 Wochen.
Ein mit einem Phenolformaldehydharz nach dem vorliegenden Verfahren behandelter
Propeller wurde (145 Tage) benutzt und dann geprüft. Es ergab sich, daß er in keiner
Weise in merklichem Ausmaß beschädigt worden war. Dieser Propeller hatte eine Gewichtszunahme
von 18% während des Betriebes erfahren, beim Stehen schwitzte er eine wäßrige Salzsäurelösung
aus, die kleine Mengen Ferrichlorid und Magnesiumchlorid enthielt. Das Harz, das
in dem Holz gebildet worden war, schützte letzteres offensichtlich gegen jede Verschlechterung
durch die absorbierte Säure.