DE102006027934B4

DE102006027934B4 - Verfahren zur Herstellung von witterungsbeständigem Holzfurnier sowie Holzfurnier

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Publication number: DE102006027934B4
Application number: DE200610027934
Authority: DE
Original assignee: OWI GmbH
Current assignee: OWI GmbH
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: DE102006027934A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von witterungsbeständigem Holzfurnier, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzfurnier ein Schäl- und/oder Messerfurnier einer Dicke d mit 0,8 mm ≤ d ≤ 2,5 mm mit einer Restfeuchte ≤ 12% bei einer Temperatur T mit 180°C ≤ T ≤ 260°C über eine Zeit t mit 5 min ≤ t ≤ 40 min thermisch nachbehandelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von witterungsbeständigem Holzfurnier. Auch nimmt die Erfindung auf ein Holzfurnier zur Herstellung von Sperrholz, Schichtholz, Lagenholz und/oder Formsperrholz Bezug.
Um Massivholz witterungsbeständig zu machen, ist es bekannt, dieses thermisch zu behandeln. Hierzu wird das Holz zum Beispiel über 24 bis 48 Stunden bei Temperaturen bis 250°C, teilweise unter Ausschluss von Sauerstoff oder in Dampfatmosphäre, behandelt. Ein solches thermisch behandeltes Holz wird auch als Thermoholz bezeichnet. Während der Wärmebehandlungen werden zahlreiche physikalische und chemische Prozesse im Holz ausgelöst, die die Feuchtigkeitsaufnahme verringern sowie die Dimensionsstabilität und Resistenz gegen Pilze und Holzschädlinge erhöhen. Entsprechendes Thermoholz ist eine Alternative zu Tropenhölzern, wobei europäische Nadel- und Laubhölzer zum Einsatz gelangen.
Durch die thermische Behandlung tritt gleichzeitig eine Farbveränderung im Oberflächenbereich auf, so dass durch gezielte thermische Behandlung reproduzierbare Verfärbungen einstellbar sind. Ein gleichmäßiges Durchfärben erfolgt jedoch nicht. Entsprechende aus Massivholz bestehende Thermohölzer werden zum Beispiel für Fassadenverkleidungen, im Terrassen- oder Wellnessbereich eingesetzt.
Aus der WO-A-2005/007369 ist es bekannt, Thermoholz zusätzlich mit Wachs zu imprägnieren, um die Eigenschaften zu verbessern.
In der EP-A-1 500 769 wird ein Holzfenstersystem beschrieben, das wetterseitig vollständig wetterfest und lichtecht beschichtet ist. Dabei kann anstelle einer außenseitig aufzubringenden Folie eine Schicht aus temperaturvergütetem Massivholz verwendet werden, das bei einer Temperatur bis 200°C thermisch behandelt worden ist.
Die EP-B-0 611 638 bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines Lignocellulosematerials. Zu den Lignocellulosematerialien gehören sowohl verarbeitete Materialien wie MDF und Spanplatten als auch nicht verarbeitete Materialien. Um Maßhaltigkeit und Oberflächeneigenschaft zu verbessern und somit das Material für Bau- oder Möbelzwecke verwenden zu können, wird dieses zwischen eine oder mehrere Heizplatten positioniert, um es unter Druckeinwirkung zur Verdampfung des vorhandenen Wassers zu erhitzen und somit das Material einer Hochdruckdampfbehandlung zu unterziehen. Dabei kann das Lignocellulosematerial zwischen Endlosbändern angeordnet und mittels dieser transportiert werden. Wird Holzfurnier benutzt, so wird dieses zwischen Heizplatten angeordnet, die auf eine Temperatur von 180°C eingestellt werden, um sodann das Furnier unter Druck für einige Minuten zu erhitzen.
Aus der DE-U-202 06 974 ist ein aus Holz bestehendes Profil für Fenster und Türen bekannt. Um das Profil außenseitig witterungsbeständig zu gestalten, ohne dass ein gleiches Holz für die Innenseite benutzt werden muss, ist vorgesehen, dass das Profil aus zumindest zwei Schichten aus Holz besteht, die voneinander abweichende Rohdichten aufweisen.
Es besteht ein gesteigertes Bedürfnis, aus Holzfurnieren bestehende Gegenstände wie Möbel zur Verfügung zu stellen, die witterungsbeständig sind, ohne dass auf tropische Holzarten zurückgegriffen werden muss. Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von witterungsbeständigem Holzfurnier zur Verfü gung zu stellen, das formstabil und kostengünstig ist. Auch soll ohne Oberflächenbearbeitung oder Aufbringen von Edelfurnieren eine gewünschte Färbung erreichbar sein, die gleichmäßig durchgehend ist.
Verfahrensmäßig wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass als Holzfurnier ein Schäl- und/oder Messerfurnier einer Dicke d mit 0,6 mm ≤ d ≤ 2,5 mm und einem Restfeuchtegehalt ≤ 12% verwendet wird und dass das Holzfurnier bei einer Temperatur T₁ mit 180°C ≤ T₁ ≤ 260°C über eine Zeit t mit 5 min ≤ t ≤ 40 min thermisch nachbehandelt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass Buchenschälfurnier als das Holzfurnier bei der Temperatur T über eine Zeit t so lange thermisch nachbehandelt wird, bis das Holzfurnier eine Fasersättigung von 14% bis 25% Holzfeuchte und/oder ein Quell- und Schwundmaß in tangentialer Richtung zwischen 6% und 11,5% aufweist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass nicht nur Massivholz, sondern auch Holzfurniere thermisch derart nachbehandelbar sind, dass Eigenschaftsänderungen erzielbar sind, die zum einen zu einer Witterungsbeständigkeit führen und zum anderen eine Farbgestaltung bieten, ohne dass es zusätzlicher Nachbearbeitungen bedarf. Dabei zeigt sich ein vollständiges Durchfärben des Holzfurniers.
Dass die Fachwelt die Auffassung vertrat, dass Holzfurnier thermisch nicht nachbehandelt werden kann, lag in der Auffassung begründet, dann man davon ausging, dass sich Holzfurnier bei einer Temperatur über 200°C selbst entzündet. Auch befürchtete man Verschalung des Furniers sowie Risse und Wellen.
Messungen mit Buchenfurnier haben ergeben, dass im Vergleich zu den Buchenfurnieren vor der thermischen Nachbehandlung die Quell- und Schwindwerte bis zu 45% reduziert werden konnten. Die Ausgleichsfeuchte (Hydroskopizität), auf die sich das Holz im Verhältnis zur relativen Luftfeuchtigkeit einstellt, konnte bis zu 50% reduziert werden. Der Fasersättigungspunkt sinkt von u_f 32% bis ca. u_f 15%.
In Abhängigkeit von der Dauer der thermischen Nachbehandlung und der eingestellten Temperatur besteht die Möglichkeit, das Furnier vom Naturton auf braun, dunkelbraun bis schwarzbraun zu verändern, ohne dass die holzartcharakteristische Maserung verloren geht. Je stärker die Farbveränderungen sind, um so stärker verändern sich auch die physi kalischen Eigenschaften. So nimmt die Brinellhärte zu, wohingegen die Zug-, Biege- und Kerbschlagfestigkeit abnimmt. Unabhängig hiervon erhöht sich jedoch die Resistenz gegen Pilz- und Holzschädlinge, so dass die erforderliche Witterungsbeständigkeit gegeben ist.
Bezüglich Buchenschälfurnier als Holzfurnier erfolgte Messungen ergaben, dass bei einer Wärmenachbehandlung über eine Zeit t auf 5 min ≤ t ≤ 25 min und eine Temperatur T mit 180°C ≤ T ≤ 220°C die Zugwerte bis 60%, Biegewerte bis zu 20% und die Kerbschlagwerte bis 50% im Vergleich zu unbehandeltem Furnier abnehmen. Die Brinellhärte nahm demgegenüber bis 20% zu.
Insbesondere ist vorgesehen, dass als Holzfurnier ein solches einer europäischen Laubholzart oder eines Nadelholzes verwendet wird.
Das thermische Nachbehandeln kann durch Kontaktwärme oder im Trockenofen erfolgen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Holzfurnier im Durchlaufverfahren thermisch nachbehandelt wird. Bevorzugterweise wird hierzu das Holzfurnier mit einer Geschwindigkeit V mit 2 m/min ≤ V ≤ 4 m/min durch einen Trockenofen über eine Länge bei einer Temperatur vorzugsweise zwischen 200°C und 240°C transportiert, dass diese über eine Zeit zwischen 20 min und 30 min einwirkt. Gleiche Zeit- und Temperaturparameter sollten auch dann zur Anwendung gelangen, wenn die thermische Nachbehandlung im Batch-Verfahren erfolgt.
Das thermisch nachbehandelte Holzfurnier kann sodann zu Sperrholz, Schichtholz, Lagenholz und/oder Formsperrholz verpresst werden. Die zwischen den Furnieren vorhandenen Klebstoffe müssen selbstverständlich feuchtigkeits- und witterungsbeständig sein. Insbesondere sind die Furniere mit Melaminharz verleimt.
Ein Furnierholz zur Herstellung von Sperrholz, Schichtholz, Lagenholz und/oder Formsperrholz zeichnet sich dadurch aus, dass als Holzfurnier ein thermisch nachbehandeltes Holzfurnier mit einem Fasersättigungspunkt u_F mit 25% ≤ u_F ≤ 13% ist. Dabei ist das Holzfurnier thermisch derart nachbehandelt, dass das Holzfurnier eine Verfärbung wie braun, dunkelbraun oder schwarzbraun aufweist.
Das Holzfurnier selbst ist aus einem europäischen Laubholz und/oder Nadelholz geschält und/oder gemessert. Dabei weist das Holzfurnier eine Dicke d mit 0,6 mm ≤ d ≤ 2,5 mm auf.
Insbesondere handelt es sich bei dem aus dem thermisch nachbehandelten Formholz hergestellten Formsperrholz um eine Sitzschale oder Lehne, wobei bevorzugterweise das Holzfurnier ein Buchenfurnier ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Trockenofens und
2 Sorptionskurven.
Um zum Beispiel Sperrholz, Schichtholz oder Lagenholz in Plattenform oder Formsperrholz witterungsbeständig auszubilden, ohne dass auf tropische Hölzer zurückgegriffen wird, vielmehr vorrangig auf europäische Laubholzarten wie Buche, Birke, Pappel, Eiche oder Esche und Nadelhölzer wie Fichte, Tanne oder Kiefer zurückgegriffen werden kann, erfolgt erfindungsgemäß eine thermische Nachbehandlung zuvor getrockneter Holzfurniere, die eine Restfeuchte bis üblicherweise 12%, insbesondere zwischen 4% und 6% aufweisen. Hierzu wird zunächst das durch Messern oder Schälen hergestellte Holzfurnier im Durchlaufverfahren, also durch Transportieren durch einen Trockenofen getrocknet. Das entsprechende getrocknete Furnier wird sodann einem weiteren Trockenofen zugeführt, in dem eine thermische Nachbehandlung erfolgt derart, bei der das Furnier einer Temperatur ausgesetzt wird, die zwischen 180°C und 260°C liegt. In Abhängigkeit von den zu erzielenden Materialeigenschaften wirkt auf das Holzfurnier, das bevozugterweise eine Dicke zwischen 0,6 mm und 2,5 mm aufweist, die Temperatur in dem Ofen über einen Zeitraum zwischen 5 min und 40 min ein. Temperatureinstellung und Einwirkzeit sind auch von der Holzart abhängig.
Ein entsprechender Trockenofen 10 ist rein prinzipiell der 1 zu entnehmen. Der Trockenofen 10 kann mehrstöckig ausgebildet sein. Das Furnier 12 wird mittels Transportrollen im Ausführungsbeispiel über drei Etagen 14, 16, 18 des Trockenofens 10 geführt. Im Kopfbereich des Trockenofens befinden sich im Ausführungsbeispiel als Gasbrenner ausgebildete Wärmequellen 20, 22, 24. Dabei kann der Trockenofen 10 eine Länge L von in etwa 20 m aufweisen, so dass das Furnier über eine Transportstrecke von 60 m durch den Trockenofen 10 geführt wird.
In Abhängigkeit von Vergütungsgrad, Holzart und Furnierdicke wird die Transportgeschwindigkeit des Furniers 12 eingestellt. Übliche Geschwindigkeiten liegen zwischen 2 m/min bis 4 m/min. Die in dem Trockenofen herrschende Temperatur liegt im Bereich zwischen 180°C und 260°C.
Durch die thermische Nachbehandlung werden die Materialeigenschaften des Furniers 12 verändert. Untersuchungen bei aus Buche bestehendem Holzfurnier haben ergeben, dass die Quell- und Schwindwerte bis zu 40% reduziert werden. Die Ausgleichsfeuchte (Hydroskopizität), auf die sich das Holz im Verhältnis zur relativen Luftfeuchtigkeit einstellt, wird bis zu 50% verringert. Der Fasersättigungspunkt sinkt von u_f 32% bis ca. u_f 15%. Dies ergibt sich aus der 2, wobei die oberste Kurve die Ausgleichsfeuchte des thermisch nicht nachbehandelten Furniers wiedergibt. Die unteren Kurven entsprechen thermisch nachbehandelten Buchenfurnieren mit unterschiedlicher Nachbehandlung, wobei die Ausgleichsfeuchte um so mehr abnimmt, je größer die thermische Nachbehandlung war, die sich auch durch die Farbgebung äußert. So ist die Intensität der Nachbehandlung bei schwarzbraun verfärbtem Holzfurnier am größten und nimmt mit geringerer Verfärbung von braun nach hellbraun ab. Entsprechend nimmt die Hydroskopizität zu.
Mit der Intensität der Behandlung geht gleichzeitig ein Festigkeitsverlust sowie eine Abnahme der Zug-, Biege- und Kerbschlagfestigkeit einher. Gleichzeitig nimmt die Härte nach Brinell zu. Erwähntermaßen erfolgt gleichzeitig zur Veränderung der physikalischen Eigenschaften eine Verfärbung des Furniers vom Naturton auf braun, dunkelbraun bis schwarzbraun, ohne dass die holzartcharakteristische Maserung verloren geht.
Die entsprechend thermisch nachbehandelten Holzfurniere werden sodann zurechtgeschnitten und zu gewünschten Gegenständen verpresst. Aufgrund der thermischen Nachbehandlung ist durch die verringerte Feuchtigkeitsaufnahme eine hohe Dimensionsstabilität gewährleistet. Gleichzeitig ist eine erhöhte Resistenz gegen Pilz- und Holzschädlinge gegeben, so dass eine Witterungsbeständigkeit vorliegt, die mit tropischen Holzarten zu vergleichen ist. Entsprechende Furniere können zu Formsperrholz verpresst werden, wobei die einzelnen Lagen z. B. mit Melaminharzen verleimt werden können. Durch die thermische Nachbehandlung bedingt erfährt die Oberfläche eine Glanz- und Farbveränderung, so dass sich zusätzliche Verarbeitungen oder das Verwenden von Furnieren aus Edelhölzern erübrigen.
Insbesondere eine Verwendung von Formsperrholz für im Freien zu nutzende Sitz- und Tischmöbel sind als Anwendungsgebiete zu nennen, die heutzutage aus tropischen Hölzern hergestellt werden. Dabei können aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre heimische Holzarten wie insbesondere Buche verwendet werden, die kostengünstig zur Verfügung steht und die erforderliche Be- bzw. Umarbeitung ermöglicht.
Versuche haben ergeben, dass die zu einer Vergütung führende thermische Nachbehandlung von Buchenschälfurnier einer Dicke d mit d ≤ 1,2 mm zu folgenden Verfärbungen führt, die von der Temperatur und der Zeit wie folgt abhängig war: Bei einer Temperatur von 180°C und 22,5 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung hellbraun.
Bei einer Temperatur von 200°C und 22,5 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung braun.
Bei einer Temperatur von 220°C und 22,5 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung schwarzbraun.
Den Zusammenhang zwischen Temperatur und Behandlungsdauer kann man auch so darstellen:
Bei einer Temperatur von 220°C und 8 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung hellbraun.
Bei einer Temperatur von 220°C und 16 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung braun.
Bei einer Temperatur von 220°C und 22,5 Minuten Behandlungsdauer ist die Verfärbung schwarzbraun.
Mit dem Verfärbungsgrad änderten sich die Kenndaten des Furniers:

• Hydroskopische Eigenschaften, Fasersättiung stellte sich ein:

Unbehandeltes Furnier	bei 28%–32% Holzfeuchte
Hellbraun	bei 23% Holzfeuchte
Braun	bei 18% Holzfeuchte
Dunkelbraun	bei 15% Holzfeuchte

• Quell- und Schwundmaße, in tangentialer Richtung:

Unbehandeltes Furnier	12,5%
Hellbraun	11%
Braun	10%
Dunkelbraun	7%

Claims

Verfahren zur Herstellung von witterungsbeständigem Holzfurnier, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzfurnier ein Schäl- und/oder Messerfurnier einer Dicke d mit 0,8 mm ≤ d ≤ 2,5 mm mit einer Restfeuchte ≤ 12% bei einer Temperatur T mit 180°C ≤ T ≤ 260°C über eine Zeit t mit 5 min ≤ t ≤ 40 min thermisch nachbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier über eine Zeit t mit 8 min ≤ t ≤ 25 min und bei einer Temperatur T mit 180°C ≤ T ≤ 220°C thermisch nachbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Buchenschälfurnier als das Holzfurnier auf einen Fasersättigungspunkt u_F mit 25% ≤ u_F ≤ 13% eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Holzfurnier durch Kontaktwärme oder im Trockenofen thermisch nachbehandelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier im Durchlaufverfahren thermisch nachbehandelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier mit einer Geschwindigkeit V mit 2 m/min ≤ V ≤ 4 m/min durch einen Trockenofen zur thermischen Nachbehandlung transportiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch nachbehandelte Furnierholz zu Sperrholz, Schichtholz, Lagenholz und/oder Formsperrholz verpresst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lagen von thermisch nachbehandeltem Furnierholz mit Melaminharz verleimt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Holzfurnier ein solches einer europäischen Laubholzart oder eines Nadelholzes verwendet wird.
Holzfurnier zur Herstellung von Sperrholz, Schichtholz, Lagenholz und/oder Formsperrholz, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier ein thermisch nachbehandeltes Holzfurnier mit einem Fasersättiungspunkt u_F mit 25% ≤ u_F ≤ 13% ist.
Holzfurnier nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier durch thermische Nachbehandlung verfärbt ist.
Holzfurnier nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier aus einem europäischen Laubholz und/oder einem Nadelholz geschält und/oder gemessert ist.
Holzfurnier nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzfurnier eine Dicke d mit 0,6 mm ≤ d ≤ 2,5 mm aufweist.
Formsperrholz, bestehend aus mehreren verpressten und miteinander verleimten Holzfurnieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Formsperrholz aus thermisch nachbehandelten Furnieren europäischer Laubholzart oder Nadelholz besteht und als Gartenmöbel, Möbel im Wellness- und Nassbereich, Spielgerät oder Sitzschale ausgebildet ist.
Formsperrholz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen des thermisch nachbehandelten Holzfurniers insbesondere mit Melaminharz verleimt sind.