DE19529575A1 - Holzprodukt mit verbesserter Witterungsbeständigkeit und Dimensionsstabilität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Holzprodukt mit verbesserter Witterungsbeständigkeit und Dimensionsstabilität.

Holz ist von Natur aus hygroskopisch und ändert seine Dimension durch Quellen und Schwinden, je nach Umge­ bungsklima. Bereits die Luftfeuchtigkeit übt einen großen Einfluß aus.

Bei Holzprodukten, die Paßgenauigkeit erfordern, führen diese Dimensionsänderungen zu Funktionsstörungen. Be­ troffen sind vor allem die Verbindungsstellen solcher Holzprodukte. Insbesondere wird Feuchtigkeit sehr schnell über die Hirnholzflächen (Schnittflächen) auf­ genommen. An maßhaltigen Holzbauteilen führt dies zwangsläufig zu Beeinträchtigungen sowohl der Stabili­ tät der Verbindungen als auch der Standfestigkeit des gesamten Bauteils.

Auch Verleimungen, wie z. B. an Türen und Fensterecken, können an solchen Schnittflächen einen Feuchtig­ keitstransport nicht vollständig verhindern. Die zuneh­ mende Vermeidung tropischer Hölzer und die dadurch zu­ nehmende Verwendung einheimischer Nadelhölzer für maßhaltige Holzbauteile kommt besondere Bedeutung zu, da einheimische Nadelhölzer ihre Dimensionen durch Feuchtigkeit deutlich ändern und damit den Beeinträch­ tigungen stärker ausgesetzt sind, als die allgemein stärker witterungsbeständigen tropischen Hölzer.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, die Formbe­ ständigkeit von maßhaltigen Holzbauteilen durch voll­ ständige oder oberflächliche Imprägnierung, durch Lasu­ ren und Versiegelungen zu verbessern. Die bisherigen Verfahren führten jedoch zu teilweisen starken Verände­ rungen der Holzeigenschaften, beispielsweise bezüglich Festigkeit, Farbe, Geruch und spezifischem Gewicht.

Eine vollständige Versiegelung der Oberflächen von Holzprodukten vermag kurzfristig die Probleme auszu­ schließen, die mit der Aufnahme und Abgabe von Feuch­ tigkeit verbunden sind. Solche Versiegelungen sind aber selten dauerhaft und neigen unter Witterungseinflüssen, insbesondere bei starken Temperaturschwankungen zu Ab­ platzungen und Rißbildungen. Ist die Oberfläche aber einmal beschädigt und erhält Feuchtigkeit Zutritt zu dem ansonsten versiegelten Holzbauteil, treten die feuchtigkeitsbedingten Probleme in Folge der unterbun­ denen Atemfähigkeit verstärkt auf.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein vergütetes Holzprodukt zu schaffen, das eine bessere Witterungsbeständigkeit und Dimensionsstabilität auf­ weist, jedoch in seinen anderen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflußt wird. Insbesondere soll ein sol­ ches Holzprodukt weitgehend gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit geschützt sein, jedoch nach wie vor in der Lage sein, über seine Oberflächen zu atmen.

Dieses Problem wird mit einem Holzprodukt gelöst, das zumindest eine partielle reaktive Imprägnierung mit ei­ nem Polyisocyanat aufweist. Vorzugsweise befindet sich dies reaktive Imprägnierung an den Hirnholzflächen, über die ein Großteil des Feuchtigkeitsaustausches mit der Umgebung stattfindet, während die übrigen Flächen der Holzprodukte (längs der Faser geschnitten) von der Imprägnierung frei bleiben.

Die so behandelten Schnittstellen bzw. Hirnholzflächen sind für Feuchtigkeit nicht mehr zugänglich, wodurch die Quellung und Schwindung des Holzes, verursacht durch Sorptionswasser, weitgehend verhindert wird. Auch nachträglich aufgebrachte Verleimungen an Eckverbindun­ gen von der Witterung ausgesetzten Holzbauteilen, bei­ spielsweise an Fenstern und Türen, werden dadurch weit­ gehend witterungsbeständig und gehen nicht mehr auf.

Erfindungsgemäß werden unter Holzprodukten sowohl zuge­ schnittene Massivhölzer wie auch Verbundhölzer bei­ spielsweise Sperrholz, stab- und brettschichtverleimte Holzbauteile, wie Platten oder Träger, sowie daraus hergestellte Produkte, wie Fenster, Türen, Rahmenkon­ struktionen und Verkleidungen für Häuser und dgl. ver­ standen. Insbesondere ist die Erfindung für Holzpro­ dukte bestimmt, die der Witterung oder unterschiedli­ chen Feuchtigkeitsregimen, beispielsweise in Naß- und Kellerräumen, ausgesetzt sind. Auch die Standzeit von Holzkonstruktionen für Außenanlagen, beispielsweise Zäunen, Palisadenwänden, Spieleinrichtungen für Kinder, Treikonstruktionen und dgl. kann damit verbessert wer­ den.

Unter Imprägierung wird erfindungsgemäß die Auf- und oberflächliche Einbringung des Polyisocyanats auf die Oberfläche, insbesondere die Hirnholzflächen verstan­ den. Es handelt sich dabei um eine dünne Schicht des reaktiven Polyisocyanats, das unter dem Einfluß des in der Luft und im Holz vorhandenen Feuchtigkeitsanteils zu einem Polyurethan vernetzt. Hinzu kommt eine reak­ tive Anbindung an das Holz über im Holz vorhandene re­ aktive OH-Gruppen, so daß eine dauerhafte Verbindung zwischen Holz und Imprägnierung über sowohl chemische Bindungen als auch das Eindringen der Imprägnierung in die Holzstruktur stattfindet. Überraschend wurde gefun­ den, daß die reaktive Imprägnierung einer unmittelbaren Weiterverarbeitung des damit behandelten Holzmaterials nicht entgegensteht. Leimverbindungen an den behandel­ ten Hirnholzflächen können unmittelbar anschließend hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Imprägnierung kann deshalb im Produktionsverfahren selbst praktisch ohne Zeitverlust vorgenommen werden. Gleichzeitig ist es aber möglich, vorgefertigte und auf Maß geschnittene Holzbauteile vorbereitend zu imprägnieren und an­ schließend zu lagern, so daß die Verarbeitung erst am Einsatzort oder durch den Verbraucher erfolgen kann.

Erfindungsgemäß können grundsätzlich alle Polyisocya­ nate, die zur Vernetzung zu Polyurethanen in der Lage sind, eingesetzt werden. Gegebenenfalls ist es sinn­ voll, geringe Mengen eines Katalysators, beispielsweise eines tertiären Amins, zuzusetzen. Zur Aufbringung kann das Polyisocyanat als Flüssigkeit in Substanz vorlie­ gen, aber auch als Lösung in einem üblichen, schnell verdunstenden Lösungsmittel. Im Falle der Verwendung eines Lösungmittels kann es aber erforderlich sein, vor der weiteren Verarbeitung eine Trocknungphase vorzuse­ hen. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, Polyisocya­ nate einzusetzen, die bei für die Verarbeitung geeigne­ ten Temperaturen von bis zu etwa 60°C als Flüssigkeiten vorliegen und eine für den Auftrag mit einer Rolle, ei­ nem Pinsel oder durch Sprühen geeignet Viskosität auf­ weist. Aus Gründen des Arbeitsschutzes sollte das Poly­ isocyanat zudem eine geringe Flüchtigkeit aufweisen. Aus diesem Grunde sind aromatische Polyisocyanate be­ vorzugt.

Geeignete Polyisocyanate sind inbesonder handelsübliche Polyisocyanate, beispielsweise Toluylendiisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI) und Isophorondi­ isocyanat (IPDI). Als besonders geeignet hat sich die Verwendung von 4, 4′-Diisocyanatophenylmethan (MDI) er­ wiesen, das aufgrund seines flüssigen Zustands bei Ver­ arbeitungstemperatur und seines geringen Dampfdrucks unmittelbar als Monomer verarbeitet werden kann. Nor­ male Arbeitsschutzmaßnahmen sind hierbei ausreichend.

Bei anderen handelsüblichen Polyisocyanaten kann die Anwendung besonderer Arbeitsschutzmaßnahmen erforder­ lich sein und/oder eine Modifikation der Isocyanatgrup­ pen, daß einer Applikation aus gewerbehygienischer Sicht nichts entgegensteht.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der­ artiger Holzprodukte wird das fertig zugeschnittene Holzmaterial zumindest an seinen Hirnholzflächen ober­ flächlich mit dem Polyisocyanat behandelt. Unter Hirn­ holzflächen sind dabei auch schräg zu der Holzfaser­ richtung verlaufende Schnittstellen zu verstehen, bei denen Holzfasern in größerer Zahl angeschnitten sind. Das fertig zugeschnittene Material kann dann für die weitere Verarbeitung gelagert oder versandt werden, oder aber unmittelbar anschließend zu einem Holzprodukt verarbeitet werden, insbesondere durch Verleimen. Vor­ zugsweise wird das Polyisocyanat in Substanz in flüssi­ ger Form lösungsmittelfrei in einer Schicht aufge­ bracht, die zu einer vollständigen Benetzung der damit behandelten Oberfläche führt. Die dazu erforderliche Menge ist dabei von der Art und dem Zustand des Holzma­ terials abhängig.

Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung von Polyisocyanaten zur partiellen und vollständigen Ver­ siegelung bzw. Imprägnierung von Holzprodukten, insbe­ sondere der Hirnholzflächen von Holzprodukten.

Vergleichsweise hergestellte Probekörper ohne erfin­ dungsgemäße Dimensiosstabilisierung zeigten nach ver­ gleichsweise kurzer Witterungszeit Schäden an den Leim­ fugen, so daß die aufgebrachten Lack- und Farben an diesen Stellen aufrissen und zu weitern Schäden durch Feuchtigkeitseintritt führten. Diese Schäden zeigten sich in Form von Enthaftungen bei der aufgebrachten Be­ schichtung sowie zusätzlichen Pilzbefall im Holz, aus­ gehend von den Leimfugen. Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Hirnholzflächen konnte die Standzeit der Leimfugen erheblich verlängert werden, so daß Ver­ gleichskörper über den gleichen Zeitraum keine Schäden zeigten.

Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Hirnholzflä­ chen bleibt der ursprüngliche Farbton des Holzes erhal­ ten, so daß auch die üblicherweise vorgenommenen an­ schließenden Behandlungen mit lasierenden Anstrich­ systemen optisch einwandfrei erscheinen.

Mit der Erfindung ist es folglich möglich, Holzprodukte mit hoher Dimensionsstabilität herzustellen. Sie behal­ ten ihre natürliche Farbe und Festigkeit und können auf übliche Art und Weise hergestellt, weiterverarbeitet und verwandt werden. Das erfindungsgemäß vergütete Holzprodukt ist in vielfacher Hinsicht verbessert und insbesondere für die Anwendung im Außenbereich und in Räumen mit wechselndem Feuchtigkeitsgehalt der Luft ge­ eignet.

Beispiel

An fertig gefrästen und gezapften Fensterkanten werden die Hirnholzflächen erfindungsgemäß mit MDI behandelt, bis die behandelte Oberfläche vollständig benetzt ist. Ohne Wartezeit werden jetzt, wie in der Serienfertigung üblich, die behandelten Flächen verleimt. Die so herge­ stellten Holzprodukte können auf übliche Weise mit den üblichen Wartezeiten holzschützend mit wäßrigen oder lösemittelhaltigen Grundierungen behandelt werden und anschließend gemäß "Rosenheimer Empfehlungen" mit löse­ mittelhaltigen oder wäßrigen Lasuren oder Lacken nach­ behandelt werden. Die so hergestellten Produkte sind herkömmlichen Produkten in ihrer Dimensionsstabilität und Witterungsbeständigkeit überlegen, ansonsten wie diese einsetzbar.

Hirnholzflächen brettschichtverleimter Hölzer werden nach der Fertigung erfindungsgemäß behandelt und an­ schließend mit handelsüblichen Lasuren oder Deckfarben nachbehandelt.

Durch erfindungsgemäße Behandlung wird auch die Bestän­ digkeit von Sperrholzplatten verbessert. Erfindungsge­ mäß behandelte Schnittkanten verlieren ihre Neigung zum Quellen und Schwinden, wenn sie der Bewitterung ausge­ setzt werden.

Es versteht sich, daß neben den reinen Polyisocyanaten auch Mischungen derselben eingesetzt werden können. Ne­ ben dem erfindungsgemäßen bevorzugten 4,4-Diisocyana­ tophenylmethan können auch dessen Isomere, Homologe und deren Mischungen untereinander und mit anderen Poly­ isocyanaten angewandt werden.

Claims (12)

1. Holzprodukt mit verbesserter Witterungsbeständig­ keit und Dimensionsstabilität, gekennzeichnet durch eine zumindest partielle reaktive Imprägnierung mit einem Polyisocyanat.

2. Holzprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es aus Sperrholz, stab- oder brettschicht­ verleimten Hölzern und/oder Massivholz besteht.

3. Holzprodukt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hirnholzflächen mit der Im­ prägnierung versehen sind.

4. Holzprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Polyisocyanat ein in Substanz flüssiges oder verflüssigbares Diisocyanat ist.

5. Holzprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisocyanat 4,4′- Diisocyanatodiphenylmethan (MDI) ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Holzprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß dabei eingesetztes Holzmaterial zumindest an seinen Hirnholzflächen mit einem Polyisocyanat imprägniert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung an frisch erstellten Schnittflä­ chen vorgenommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Holzmaterial unmittelbar nach der Behandlung mit dem Polyisocyanat weiterverarbeitet, insbesondere verleimt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisocyanat in flüssiger Form lösungsmittelfrei aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyisocyanat 4,4′-Diiso­ cyanatodiphenylmethan verwandt wird.

11. Verwendung von Polyisocyanaten zur partiellen oder vollständigen Versiegelung von Holzprodukten.

12. Verwendung von 4,4′-Diisocyanatodiphenylmethan ge­ mäß Anspruch 11.