DE102009017693A1

DE102009017693A1 - Verfahren zum Veredeln von Holz

Info

Publication number: DE102009017693A1
Application number: DE102009017693A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Grünler; Arndt Dr. Schimanski; Andreas Dr. Pfuch; Andreas Dr. Heft; Stefan Dr. Geyer
Original assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Current assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veredeln von Holz. Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Veredeln/Imprägnieren von Holz bereit zu stellen, welches die natürlichen Poren des Holzes erhält, keine Gefahr für die menschliche Gesundheit sowie die Natur mit sich bringt und gleichzeitig kostengünstiger gegenüber dem Stand der Technik zu realisieren ist, wird dadurch gelöst, dass das zu behandelnde Holz mit einer wässrigen Harnstoff-Lösung in Kontakt gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veredeln von Holz.
Aus DE 10 2006 044 143 A1 ist eine Zusammensetzungen aus A) silangepfropften, weitgehend amorphen Poly-α-olefinen, die kein organisch gebundenes Chlor enthalten, B) Keton-, Keton/Aldehyd- und/oder Harnstoff/Aldehyd-Harzen und/oder deren hydrierten Folgeprodukten, C) Lösemitteln und D) gegebenenfalls Hilfs- und/oder Zusatzstoffen und deren Verwendung als Primer zur Verbesserung der Haftung von Beschichtungsstoffen wie beispielsweise Farben, Lacken, Kleb- und Dichtstoffen, Tinten sowie Druckfarben auf Kunststoffen, Holz, Papier, Metallen, Glas, Keramik und Beton bekannt.
DE 44 09 512 A1 offenbart die Herstellung von hochreaktiven wässerigen Bindemitteln für Holzwerkstoffe aus zerteiltem gewachsenen Holz durch Mischung von A) 67 bis 95 Gew.-% einer wässerigen Lösung eines Kondensationsharzes, aufgebaut aus a1) 25 bis 35 Mol-% Phenol, a2) 65 bis 75 Mol-% Formaldehyd und a3) 0 bis 2 Mol-% Phenolderivate mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 55 Gew.-%, einer Viskosität von 0,5 bis 5 Pa·s (bezogen auf einen Feststoffgehalt von 48 Gew.-% und gemessen bei 20°C) und enthaltend 0,8 bis 1,5 Moläquivalente, bezogen auf das Phenol und die Phenolderivate, eines Alkalihydroxids und B) 5 bis 33 Gew.-% Harnstoff in Form einer wässerigen Lösung oder als Feststoff, indem man die Mischung der Komponenten A) und B) höchstens 96 h, bevor man das Bindemittel auf zerteiltes gewachsenes Holz aufträgt und es zu Holzwerkstoffen verleimt, vornimmt.
Aus DE 37 33 630 A1 sind Holzwerkstoffe mit verminderter nachträglicher Formaldehydabspaltung bekannt, bei denen durch Mischen von lignocellulosehaltigen Teilchen, z. B. Holzspänen, mit einem härtbaren Bindemittel auf der Grundlage härtbarer Aminoplastkondensate und anschließendem Verpressen der Mischung unter Wärmeeinwirkung, wobei vor dem Mischen der Teilchen mit dem härtbaren Bindemittel eine Mischung A, enthaltend ein wasserverträgliches Mittel zur Bindung von Formaldehyd auf die Teilchen aufgetragen bzw. mit ihnen vermischt wird, mit guter Harzreaktivität und mit guten Festigkeiten und Quellwerten vorteilhaft hergestellt werden, wenn die Mischung A eine wäßrige Lösung mit einem pH-Wert von 3,0 bis 6,5 darstellt, die a) organische Säuren, die Holz nicht oder nur unwesentlich angreifen, in einer Menge von über 15 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Lösung, bevorzugt Gemische aliphatischer Carbonsäuren mit 4 bis 10 C-Atomen, und b) eine formaldehydbindende, stickstoffhaltige Verbindung, insbesondere Harnstoff, enthält.
PCT/US2008/067369 offenbart Holzbeschichtungen aus verzweigten Alkyl-Ether-funktionalisierten, ungesättigten Polyesterverbindungen, die Formaldehyd-, Styren- und Isocyanatfrei sind und bei niederen Temperaturen Beschichtungen als Alternative zu konventionellen säurekatalysierten Harnstoff- oder Melaminverzweigten Beschichtungssystemen Verwenung finden.
PCT/FI2008/050375 offenbart ein Verfahren zur thermischen Modifikation von Holz, um dieses witterungsbeständiger zu machen, wobei die Beschichtung des Holzes Phenol-Melamin- oder Harnstoff-Formaldyhydverbindungen umfassen und die Beschichtung unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet wird.
Aus PCT/US2007/073228 ist ein Verfahren zur Herstellung von Holzprodukten unter Wärme- und Druckeinfluss bekannt, bei dem eine Mixtur aus Harz und Harnstoff zugesetzt wird, um das Holz vermittels einer biologischen Oxidation zu verändern.
Bei der Verwendung dieser verschiedensten Harze erfolgt ein Imprägnieren des Holzes durch das Aushärten der in das Holz eingedrungenen Harze. Dabei wird die Härte sowie die Druck- und Biegefestigkeit des Holzes erhöht. Gleichzeitig wird durch diese harzbasierte Holzbeschichtungen eine Verminderung der Hygroskopizität und Quellbarkeit erreicht.
Der Nachteil all dieser harzbasierten Holzbeschichtungen besteht darin, dass die natürlichen Poren des Holzes verschlossen/versiegelt werden, so dass der natürliche Charakter des Holzes mehr oder weniger stark verloren geht. Insbesondere leiden bei diesen Veredelungs-/Imprägnierverfahren die Atmungsaktivität, der Griff und der Klang des Holzes, was bspw. bei Holzmusikinstrumenten von besonderer Bedeutung ist.
Auch ist bekannt, dass eine Holzkonservierung vermittels Fluor-, Bor- oder Chromsalzen möglich ist, um das Holz vor Pilz-, Insekten- oder Mikroorganismenbefall zu schützen. Diese Holzschutzmittel werden vorwiegend im Kesseldruckimprägnierverfahren in das Holz eingebracht, wobei die natürlichen Poren des Holzes nicht in dem Maße verschlossen/versiegelt werden, wie bei den harzbasierte Holzbeschichtungen. Der Nachteil dieser Beschichtungen ist jedoch, dass sie giftig und damit wenig Umweltverträglich sind, was bei den Verarbeitungsverfahren zu hohen Sicherheitsstandarts und damit zu hohen Kosten führt. Auch ist der Hautkontakt, wie bspw. bei Holzmusikinstrumenten, mit Gefahren für die menschliche Gesundheit verbunden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Veredeln/Imprägnieren von Holz bereit zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere die natürlichen Poren des Holzes erhält, keine Gefahr für die menschliche Gesundheit sowie die Natur mit sich bringt und gleichzeitig kostengünstiger gegenüber dem Stand der Technik zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
Überraschend wurde gefunden, dass allein die Behandlung von Holz mit einer wässrigen Harnstoff-Lösung zu einer Holzveredelung/Imprägnierung führt. Die erfindungsgemäße Holzveredelung/Imprägnierung ist dabei vor allem auf eine Funktionalisierung der Bestandteile des Holzes zu Cellulosecarbamat, Hemicellulosecarbamat sowie Lignincarbamat zurückzuführen.
Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Holzveredelung/Imprägnierung besteht darin, dass die Poren des Holzes nicht verschlossen/versiegelt werden und dass die eingesetzte wässrigen Harnstoff-Lösung unbedenklich für Mensch und Natur ist.
Das mit der erfindungsgemäßen Holzveredelung/Imprägnierung versehene Holz ist und bleibt atmungsaktiv, griffschön und behält seine natürliche Klangeigenschaft. Oft führt die erfindungsgemäße Holzveredelung/Imprägnierung sogar noch zu einer Klangverbesserung, was das gemäß der Erfindung veredelte Holz besonders zum Bau von Holzmusikinstrumenten besonders geeignet macht.
Auch vermittels der erfindungsgemäßen Holzveredelung/Imprägnierung versehenes Holz ist besonders vorteilhaft für den Gartenmöbelbereich verwendbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine wässrige Harnstofflösung mit 1 bis 1000 g/l Harnstoff eingesetzt, wobei diese Lösung und das zu behandelnde Holz in ein Gefäß gefüllt wird, dieses Gefäß verschlossen und mit einem Unterdruck und/oder einer gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhten Temperatur beaufschlagt wird und über mindestens eine Stunde in der wässrigen Harnstofflösung unterdruck- und/oder temperaturbehandelt wird.
Besonders vorteilhaft liegt die Harnstoffkonzentration in der wässrigen Harnstofflösung bei 10 bis 100 g/l.
Vorteilhaft kann der wässrigen Harnstofflösung auch noch ein alkalischer Stoff, wie bspw. Natriumhydroxid, Calziumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid oder Tetramethylammoniumhydroxid beigemischt sein.
Die Temperatur des erfindungsgemäßen Verfahren liegt besonders vorteilhaft bei über 60°C, wobei es aber auch bei einer Temperatur größer 0°C durchführbar ist.
Die Dauer des Verfahrens beläuft sich auf 1 Stunde bis hin zu 240 Stunden.
Besonders vorteilhaft wird das Verfahren in einem Autoklaven durchgeführt
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl bei Über- als auch bei Unterdruck durchführbar.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der drei Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Ausführungsbeispiel 1
Ein 5000-Liter-Autoklav wird mit Fichtenholzbrettern gefüllt, verschlossen und evakuiert. Anschließend wird der Autoklav mit einer 20%-igen wässrigen Harnstofflösung (zwischen den Brettern) befüllt, 7 Stunden lang auf 130°C temperiert und anschließend entspannt. Das behandelte Holz wird aus dem Autoklav entnommen und gemäß dem Stand der Technik getrocknet. Die Restlauge kann bspw. in der Landwirtschaft als flüssiger Stickstoffdünger verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 2
Ein 5000-Liter-Autoklav wird mit Kiefernholzbrettern gefüllt, verschlossen und evakuiert. Anschließend wird der Autoklav mit einer 10%-igen wässrigen Harnstofflösung, welche außerdem 0,1% Natriumhydroxid enthält, (zwischen den Brettern) befüllt, 10 Stunden lang auf 120°C temperiert und anschließend entspannt. Das behandelte Holz wird aus dem Autoklav entnommen und gemäß dem Stand der Technik getrocknet. Die Restlauge kann bspw. in der Landwirtschaft als flüssiger Stickstoffdünger verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 3
In einem 80-Liter-Stahl-Kessel werden 2 kg Harnstoff, 1 kg Calziumhydroxid und 60 Liter Wasser vermischt. In diese Mischung werden 10 Stück Fichtenholz-Violinendecken (einteilig gesägt) gegeben und der gesamte Inhalt bis zum Sieden erhitzt. Das ggf. aus der Mischung herausragende Holz wird durch ein Drahtnetz unter die Oberfläche der Mischung gedrückt. Der gesamte Inhalt des Kessels wird 2 Tage lang bei 90 bis 95°C temperiert. Anschließend werden die Violinendeckel aus dem Kessel entnommen, trocken gewischt und an der Luft getrocknet.
Ausführungsbeispiel 4
Ein 1000-Liter-Autoklav wird mit Kiefernholzbrettern gefüllt, verschlossen und evakuiert. Anschließend wird der Autoklav mit einer 5%-igen wässrigen Harnstofflösung, welche außerdem 1% Ammoniak enthält, befüllt, 5 Stunden lang auf 130°C temperiert und anschließend entspannt. Das behandelte Holz wird aus dem Autoklav entnommen und gemäß dem Stand der Technik getrocknet. Die Restlauge kann bspw. in der Landwirtschaft als flüssiger Stickstoffdünger verwendet werden.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander, erfindungswesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006044143 A1 [0002]
- DE 4409512 A1 [0003]
- DE 3733630 A1 [0004]
- US 2008/067369 [0005]
- FI 2008/050375 [0006]
- US 2007/073228 [0007]

Claims

Verfahren zur Behandlung von Holz zur Veredelung/Imprägnierung bei dem das zu behandelnde Holz mit einer wässrigen Harnstoff-Lösung in Kontakt gebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Harnstoff-Lösung und das zu behandelnde Holz in ein Gefäß gefüllt wird, dieses Gefäß verschlossen und mit einem Unterdruck und/oder einer gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhten Temperatur beaufschlagt wird und über mindestens eine Stunde in der wässrigen Harnstofflösung unterdruck- und/oder temperaturbehandelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Harnstofflösung 1 bis 1000 g/l Harnstoff enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrigen Harnstofflösung ein alkalischer Stoff in Form von Natriumhydroxid, Calziumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid oder Tetramethylammoniumhydroxid beigemischt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur über 60°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stunde bis hin zu 240 h durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Autoklaven mit Über- oder Unterdruck durchgeführt wird.