DE19746701A1 - Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Flüssigkeit und insbesondere ein Verfahren zum effizienten Imprägnieren von Koniferen wie Sugi, also japanischer Sicheltanne (japanische Zedern) und Kara­ matu (japanische Lärchen) mit Flüssigkeit, die Konservierungsmittel, feuerhem­ mende Stoffe, Harz, etc. enthalten, um die physikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel den Widerstand gegen Verfall oder Verfaulen und die Feuerhemmung des Holzes zu verbessern.

Es werden weitverbreitet Techniken zur Infiltration von Chemikalien wie Konser­ vierungsmitteln und Insektiziden in das Holzgewebe durchgeführt, um die biologi­ sche Zersetzung des Holzes zu unterdrücken und um die Haltbarkeit desselben zu verbessern. Die Infiltration von feuerhemmenden Stoffen und Harz in das Holzgewebe wird ebenfalls ausgeführt, um die Widerstandfähigkeit des Holzes gegen Feuer und die Widerstandskraft des Holzes gegen Wasser zu verbessern. Diese Chemikalien und Harze werden in Wasser oder organischen Lösungsmit­ teln aufgelöst oder dispergiert und in einem flüssigen Zustand verwendet.

Ein bekanntes in der Praxis eingesetztes Verfahren zur effizienten Infiltration von Flüssigkeit in das Holzgewebe, ist eine Vakuumdruckbehandlung. In diesem Ver­ fahren wird das zu behandelnde Holz bis zu einem geeigneten Feuchtigkeitsge­ halt getrocknet, das Holz in ein luftdichtes Gefäß gegeben, der Druck in dem Ge­ fäß reduziert, um die Luft aus den Zellen und den leitenden Gefäßen des Holzes zu entfernen, Flüssigkeit in das druckreduzierte Gefäß gegeben und die Flüssig­ keit unter Druck gesetzt, so daß das Holz mit der Flüssigkeit imprägniert wird.

Da die Vakuumdruckbehandlung unter Druck gesetzte Flüssigkeit in das Holz durch die feinen Zellen und die leitenden Gefäße des Holzes infiltriert, aus dem die Luft entfernt wurde, ergibt sich für die Flüssigkeit ein großer Widerstand durch die Zellen und die leitenden Gefäße, wenn sie durch diese hindurchtritt. Bei großen axialen Abmessungen des Holzes, benötigt die Flüssigkeit einen langen Zeitraum, um in das Holz einzudringen, und erreicht gelegentlich kaum das Kern­ holz.

Entsprechend wurden Verfahren zur Vorbehandlung von Holz untersucht, um die feinen Strukturen desselben zu ändern, um das Holz so leichter mit Flüssigkeit imprägnierbar zu machen. Eines dieser Verfahren ist ein Kompressions-/Ent­ lastungs-Verfahren. Dieses Verfahren verwendet Metallformen, um das Holz orthogonal zu der Faserachse des Holzes zusammenzupressen, um so die Tren­ nung der die Markröhren verschließenden Tori von den Markröhren zu beschleu­ nigen oder geschlossene Markröhren in den leitenden Gefäßen des Holzes auf­ zubrechen. So können effektive Pfade zur Leitung der Flüssigkeit durch das Holz gebildet und ausgedehnt werden. Das zusammengepreßte Holz wird dann aus den Metallformen in Flüssigkeit gegeben, so daß das Holz eine Volumensausdeh­ nung erfährt und seine Form in der Flüssigkeit wiedergewinnt. Dies erzeugt eine Saugkraft, um das Eindringen der Flüssigkeit in das Holz zu fördern. So berichtet zum Beispiel Mokuzai Gakkaishi (ein Journal, das von der Japan Wood Research Society herausgegeben wird), in Bd. 41, No. 9, 1995, Seiten 811 bis 819, daß das Kompressions-/Entlastungs-Verfahren das Eindringen von Flüssigkeit bei sieben Arten von Koniferen und Breitblatt-Bäumen beschleunigt.

Im Kompressions-/Entlastungs-Verfahren wird Holz in Metallformen zusammen­ gepreßt, das Holz gekühlt, so daß das Holz zeitweilig einen zusammengepreßten Zustand beibehält, das Holz aus der Metallform in Flüssigkeit gebracht, zugelas­ sen, daß das Holz seine Form in der Flüssigkeit wiedergewinnt, und die sich wie­ derherstellende Kraft des Holzes benutzt, um die Flüssigkeit in das Holz zu infil­ trieren. Entsprechend benötigt das Verfahren mindestens die folgenden sechs Schritte:

• 1) Einbringen des zu behandelnden Holzes in die Metallformen;
• 2) Einstellen des Holzes auf eine vorgegebene Temperatur;
• 3) Antreiben der Metallformen mit zum Beispiel hydraulischem Druck, um das Holz zusammenzupressen;
• 4) Abkühlen des zusammengepreßten Holzes in den Metallformen und Heraus­ nehmen des Holzes aus den Metallformen;
• 5) Einbringen des Holzes, das zeitweilig im zusammengepreßten Zustand bleibt, in eine Flüssigkeit mit einer vorgegebenen Temperatur und Zulassen, daß das Holz sich auf sein Volumen entspannt und seine Form wiedergewinnt; und
• 6) Herausnehmen des mit Flüssigkeit imprägnierten Holzes.

Auf diese Art benötigt das herkömmliche Kopressions-/Entlastungs-Verfahren den Schritt der Anwendung von Metallformen, um das zu behandelnde Holz zu­ sammenzupressen, den Schritt des zeitweiligen Beibehaltens des zusammenge­ preßten Zustands des Holzes, den Schritt des Bringens des Holzes von den Me­ tallformen in die Flüssigkeit, etc. . Verglichen mit der herkömmlichen Vakuum­ druckbehandlung, beinhaltet das Kompressions-/Entlastungs-Verfahren solche störenden Schritte und benötigt teure Metallformen und eine Apparatur zum An­ trieb der Metallformen, wodurch feste Kosten und Herstellungskosten erhöht wer­ den. Entsprechend ist das Kompressions-/Entlastungs-Verfahren unpraktisch und die Metallformen können leicht die Oberfläche dem zu behandelnden Holzes be­ schädigen.

In Anbetracht dieser Schwierigkeiten liegt der vorliegenden Erfindung das Pro­ blem zugrunde, ein Verfahren zum effizienten und wirtschaftlichen Imprägnieren von Holz mit Flüssigkeit aufzuzeigen, das auf dem Kompressions-/Ent­ lastungs-Verfahren basiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 der Erfindung getrocknetes Holz in ein Druckgefäß gegeben, das Holz in die in dem Druckgefäß enthaltene Flüssigkeit eingetaucht, die Flüssigkeit unter Druck gesetzt, um das Holz zusam­ menzupressen, während die Temperatur des Holzes auf dem oder über dem Er­ weichungspunktes des Holzes liegt, und der Druck in dem Druckgefäß reduziert, so daß das Holz eine Volumenentspannung in der Flüssigkeit erfährt und so mit der Flüssigkeit imprägniert wird.

Gemäß Anspruch 2 ist es bevorzugt, die Temperatur des Holzes höher als den Erweichungspunkt desselben zu halten, während das Holz in der Flüssigkeit zu­ sammengepreßt wird und sein Volumen in der Flüssigkeit entspannt wird.

Wie in Anspruch 3 dargelegt, ist es bevorzugt, nachdem das getrocknete Holz in das Druckgefäß gegeben wird oder nachdem das Holz in die Flüssigkeit einge­ taucht wird, die Luft, die in dem Holz enthalten ist, zu reduzieren oder zu entfer­ nen, indem der Druck in dem Druckgefäß reduziert wird, und dann die Flüssigkeit unter Druck zu setzen, um das Holz zusammenzupressen.

Wie in Anspruch 1 dargelegt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung Holz mit dem hydrostatischen Druck von Flüssigkeit zusammengepreßt und man läßt das Holz sich in der Flüssigkeit im Volumen entspannen und seine Form wiederge­ winnen, so daß die Flüssigkeit in das Holz eindringen kann. Entsprechend benö­ tigt die vorliegenden Erfindung keine Metallformen oder störende Schritte von Einlegen und Entfernen des Holzes in und aus den Metallformen sowie Übertra­ gen des Holzes von der Metallform in die Flüssigkeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kosten reduziert werden, die sich auf die Metallformen und auf den Apparat zum Öffnen und Schließen der Metallformen beziehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Holz bei einer Temperatur höher als der Erweichungspunkt des Holzes zusammengepreßt, so daß das Holz ausreichend weich ist, um leicht und sicher zusammengepreßt zu werden. Hieraus ergibt sich ein schnelles und sicheres Trennen der Tori bzw. der Körbchenböden von den Markröhren oder ein Brechen der geschlossenen Markröhren in den leitenden Gefäßen des Holzes und ein leichtes, sicheres und schnelles Imprägnieren des Holzes mit Flüssigkeit während einer Volumenentspannung des Holzes. Zusätz­ lich findet die Volumenentspannung, wie in Anspruch 2 dargelegt, bei einer Temperatur statt, die höher ist als der Erweichungspunkt des Holzes, so daß das Holz ausreichend weich ist, um sich im Volumen zu entspannen und seine Form wiederzugewinnen. Die Volumenentspannung findet entsprechend leicht statt und das Holz gewinnt im wesentlichen seine ursprüngliche Form wieder. Zu die­ sem Zeitpunkt entsteht im Holz eine große Saugkraft, um effizienter die Flüssig­ keit auch in das Kernholz zu ziehen.

Wie in Anspruch 3 dargelegt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung getrockne­ tes Holz in das Druckgefäß gegeben und vor dem Zusammenpressen des Holzes der Druck in dem Druckgefäß reduziert, um Luft in dem Holz zu reduzieren oder aus dem Holz zu entfernen. Diese Art von Luft ist in den Zellen und in den leiten­ den Gefäßen des getrockneten Holzes vorhanden und wird als Hindernis für das Zusammenpressen, für die Volumenentspannung und für die Flüssigkeitsimprä­ gnierung des Holzes angesehen, wenn sie nicht entfernt wird. Durch das Entfer­ nen solcher Luft wird gemäß Anspruch 3 der Erfindung das Zusammenpressen und die Volumenentspannung des Holzes einfacher und das Eindringen der Flüssigkeit in das Holz wird weiter verbessert.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Kompres­ sionsschritt und einen Volumenentspannungsschritt. Diese Schritte sollen in Folge erklärt werden.

In dem Kompressionsschritt wird getrocknetes Holz in ein Druckgefäß gegeben und das Holz wird in die Flüssigkeit, die in dem Druckgefäß enthalten ist, einge­ taucht. Die Flüssigkeit kann in das Druckgefäß gegeben werden, bevor oder nachdem das Holz in das Druckgefäß gegeben wird. Die Flüssigkeit in dem Druckgefäß wird durch eine später erläuterte Vorrichtung unter Druck gesetzt, um den Druck in dem Druckgefäß zu erhöhen. Der auf die Flüssigkeit angelegte Druck, d. h., der hydrostatische Druck auf die Flüssigkeit, preßt das Holz zusam­ men. Wenn der Druck ein bestimmtes Niveau erreicht, beginnt das Holz zu schrumpfen und daher wird der Anstieg des Drucks im Druckgefäß langsamer. Der Druck zu diesem Zeitpunkt ist abhängig von der Art, Trockenheit und Tempe­ ratur des Holzes. Wenn die Holzkompression im wesentlichen vervollständigt ist, steigt der Druck in dem Druckgefäß plötzlich an. Zu diesem Zeitpunkt wird das Unterdrucksetzen der Flüssigkeit gestoppt.

Es kann jede Art von Holz behandelt werden, z. B. eine Konifere oder ein Breit­ blattbaum. Das Holz kann zum Beispiel ein Holzstamm sein, dem die Zweige und Blätter abgeschnitten wurden, ein rechteckiges Bauholz, ein Brett oder jedes an­ dere Holz. Das Holz kann mit oder ohne Rinde sein. Vorzugsweise weist das Holz keine Oberflächenrisse auf.

Das zu behandelnde Holz muß ordentlich getrocknet sein. Das heißt, der Feuch­ tigkeitsgehalt des Holzes muß ordentlich reduziert sein. Das Trocknen des Holzes macht das Zusammenpressen und die Flüssigkeitsimprägnierung des Holzes einfacher und leichter.

Der geeignete Trocknungsgrad des Holzes ist abhängig von der Art, den Dimen­ sionen, und den Flüssigkeitseindringeigenschaften des Holzes. Vorzugsweise wird das Holz so getrocknet, daß das Holz kein freies Wasser aufweist und daß der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes unter einem Fasersättigungspunkt liegt. Wenn man annimmt, daß das Holz brechen wird, kann etwas freies Wasser in dem Holz verbleiben. Das "freie Wasser" ist in groben Kavitäten der leitenden Gefäße des Holzes vorhanden, ohne daß es sich mit den Holzkomponenten verbindet.

Zur Trocknung des Holzes werden bekannte Verfahren angewendet. Hierunter fällt zum Beispiel ein natürliches Verfahren, bei dem das Holz in der Umgebung verbleibt, bis es getrocknet ist, oder ein Ofentrocknungsverfahren, bei dem Was­ ser in dem Holz unter kontrollierter Temperatur verdampft wird und Feuchtigkeit angewendet wird.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Holz kann weich ge­ macht, zusammengepreßt und mechanisch zusammengedrückt werden, um freies Wasser aus ihm zu entfernen. Danach unterzieht man das Holz einer Volu­ menentspannung. Um das Holzgewebe weicher zu machen, muß das Holz auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher ist, als die Erweichungspunkte von Lignin und Hemicellulose.

Der Schritt des Unterdrucksetzens von Flüssigkeit um Holz zusammenzupressen, kann verschieden durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform wird Flüssig­ keit in das Druckgefäß gegossen, so daß die Flüssigkeit das trockene Holz in dem Druckgefäß ausreichend bedeckt. Danach wird die Flüssigkeit unter Druck gesetzt und zusätzliche Flüssigkeit wird eingegossen, um das Druckgefäß zu fül­ len. Sobald die Flüssigkeit das Holz auf ein erfordertes Ausmaß zusammenpreßt, wird das Anlegen von Druck auf die Flüssigkeit beendet. Es ist möglich, eine vor­ gegebene Menge an Flüssigkeit vorab in das Druckgefäß zu geben, dann das trockene Holz in das Druckgefäß hinein zu geben und unter Druck gesetzte Flüs­ sigkeit in das Druckgefäß zu gießen.

Bei einer anderen Ausführungsform wird Flüssigkeit in das Druckgefäß hineinge­ geben, so daß die Flüssigkeit das getrocknete Holz in dem Druckgefäß ausrei­ chend bedeckt. Es ist möglich, eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit im voraus in das Druckgefäß zu geben. Die Menge an Flüssigkeit muß ausreichend sein, um das Holz vollständig zu bedecken, auch nachdem die Flüssigkeit in das Holz ge­ mäß der im folgenden zu erklärenden Volumenentspannung infiltriert. Danach wird unter inneren Überdruck gesetztes Gas wie z. B. Luft in das Druckgefäß hin­ eingegeben, um den Druck der Flüssigkeit in dem Druckgefäß zu erhöhen und um das Holz zusammenzupressen. Wenn das Holz auf ein erforderliches Ausmaß zusammengepreßt ist, wird das unter inneren Überdruck gesetzte Gas gestoppt.

Der zusammenpressende Druck der Flüssigkeit, der auf das Holz angelegt wird, ist abhängig von der Art, dem Feuchtigkeitsgehalt und der Temperatur des Hol­ zes. Vorzugsweise beträgt der Druck in etwa 10 bis 30 kgf/cm². Das Holz muß bei einer Temperatur zusammengepreßt werden, die höher ist, als der Erweichungs­ punkt des Holzes. Wenn das Holz bei einer Temperatur zusammengepreßt wird, die niedriger ist als der Erweichungspunkt, ist ein höherer Druck erforderlich. Dies ist in Hinblick auf Möglichkeiten und Energie und auf leichtes Beschädigen der Feinstruktur des Holzes beim Hochdruckzusammenpressen unwirtschaftlich und verursacht ungewünschte Phenomena wie z. B. ein Abnehmen der Festigkeit des Holzes. Vorzugsweise wird im Zusammenpreßschritt eine Zusammenpreßstärke von in etwa 50% oder mehr auf dem Holz erreicht.

Es ist jedoch nicht notwendig, die gewünschte Zusammenpreßstärke in einem einzelnen Schritt zu erreichen. Eine Wiederholung der Zusammenpreß- Volumensentspannungs-Zyklen über mehrere Male, wobei der maximale Flüssig­ keitsdruck für den Zyklus mit jeder Wiederholungszeit erhöht wird, ist so lange annehmbar wie die Summe der einzelnen Zusammenpreßstärken vernünftig hoch ist (in etwa 50%). Diese Wiederholungstechnik ist für knolliges Holz zu empfehlen, das dazu neigt, ein Abnehmen der Festigkeit zu zeigen, wenn es sehr stark zusammengepreßt wird, d. h. wenn es mit einer hohen Stärke zusammenge­ preßt wird.

Der Erweichungspunkt des Holzes hängt von der Art und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. Er liegt im allgemeinen bei in etwa 80°C bis 100°C, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes rund um den Fasersättigungspunkt des Holzes liegt. Weiche Koniferen wie z. B. Sugi (japanische Zedern) und Karamatu (japanische Lärchen) erweichen ausreichend bei in etwa 80°C bis 100°C, wenn ihr Feuchtigkeitsgehalt um ihren Fasersättigungspunkt liegt. Diese weichen Ko­ niferen sind leicht um 40% bis 50% ihres ursprünglichen Volumens mit einem hy­ drostatischen Druck von 10 bis 15 kgf/cm² zusammenzupressen.

Der Volumenentspannungsschritt bzw. -entlastungsschritt, der dem Zusammen­ preßschritt folgt, wird durch teilweises Entnehmen der Flüssigkeit oder des unter Druck gesetzten Gases aus dem Druckgefäß ausgeführt, um den Druck in dem Druckgefäß zu verringern. Als ein Ergebnis hiervon erfährt das Holz eine Volu­ menentspannung und beginnt seine ursprüngliche Form wiederzugewinnen. Hierdurch entsteht eine Saugkraft, um die Flüssigkeit in das Holzgewebe einzu­ ziehen. Um die Volumenentspannungsstufe reibungslos durchzuführen, wird vorzugsweise die Volumenentspannungsstufe bei einer Temperatur durchge­ führt, die höher ist als der Erweichungspunkt des Holzes. Wenn der Druck in dem Druckgefäß mit der Temperatur des Holzes, das auf dem oder über dem Erwei­ chungspunkt gehalten wird, gesenkt wird, gewinnt das Holz im wesentlichen das Volumen wieder, das es vor der Zusammenpreßstufe gehabt hat, und daher dringt die Flüssigkeit effizient in das Holz bis hinein zum Kernholz ein. Im allge­ meinen ist der Erweichungspunkt von Holz, das einen Feuchtigkeitsgehalt von in etwa dem Fasersättigungspunkt desselben hat, in etwa zwischen 80°C und 100°C. Bei diesen Temperaturen sinkt die Viskosität der Flüssigkeit stark ab, ver­ glichen mit der bei Raumtemperatur, und daher dringt die Flüssigkeit leichter in das Holz durch die kapillaren Röhren ein.

Der Druck in dem Druckgefäß während der Volumenentspannungsstufe wird ge­ eignet gemäß der Art, dem Feuchtigkeitsgehalt, der Temperatur etc. des Holzes festgelegt. Der Druck in dem Druckgefäß kann vollständig auf einmal auf einen vorgegebenen Wert gesenkt werden. In diesem Fall hält man vorzugsweise das Druckgefäß in einem unter Druck gesetzten Zustand anstelle es auf Atmosphä­ rendruck abfallen zu lassen, um so den Flüssigkeitseindringeffekt in das Holz bei­ zubehalten.

Wenn der Druck in dem Druckgefäß vollständig auf einmal abfällt, wird das Holz seine Form nicht ordentlich wiedergewinnen oder es wird, in Abhängigkeit von der Art und der Natur des Holzes, Oberflächenrisse erhalten. Um diese zu vermeiden, muß der Druck in dem Druckgefäß stufenweise oder kontinuierlich abgesenkt werden.

Danach wird die verbleibende Flüssigkeit aus dem Druckgefäß entfernt und das Holz wird aus dem Druckgefäß herausgenommen. Das so erhaltene Holz wird geeignet getrocknet, um so ein Produkt zu erhalten.

Nachdem getrocknetes Holz in das Druckgefäß gegeben wurde und bevor die Zusammenpreßstufe ausgeführt wird, kann eine Druckreduktionsstufe durchge­ führt werden, um das Eindringen der Flüssigkeit in das Holz weiter zu verbessern. Die Druckreduktionsstufe ist wirksam, da Holz, das bis auf ein bestimmtes Maß getrocknet wurde, Luft in seinen Zellen und seinen leitenden Gefäßen enthält, und man geht davon aus, daß solche Luft das Zusammenpressen, die Volumen­ entspannung und das Imprägnieren des Holzes mit Flüssigkeit behindert. Ent­ sprechend wird in der Druckreduktionsstufe das Holz in eine Atmosphäre verrin­ gerten Druckes gegeben, um die Luft im Holz zu verringern oder diese zu entfer­ nen, um das Zusammenpressen, die Volumenentspannung und die Flüssigkeits­ imprägnierung des Holzes leichter zu machen. Die Druckreduktionsstufe wird in dem Druckgefäß durchgeführt und das vakuumbehandelte Holz wird behandelt als ob es in der nächsten Zusammenpreßstufe ist.

Es ist charakteristisch für die vorliegende Erfindung, daß Flüssigkeit in Holz­ scheite oder Baumstämme und Bauholz ziemlich gleichförmig durch die Endober­ flächen oder abgeschnittenen Enden der Gefäße oder Tracheen imprägniert wird. Aus praktischen Zwecken handelt es sich bei der Flüssigkeit um Lösungen oder Dispersionen von Holzkonservierungsmitteln, Farbstoffen, Monomeren, Vorpoly­ meren und anderen Additiven. Kreosot, flüssiges Monomer oder Vorpolymer kann ohne Lösungsmittel imprägniert werden, solange die Flüssigkeit für die Behand­ lungstemperatur geeignet ist.

Diese Additive schützen das Holz gegen Fäulnispilze und Termiten, geben dem Holz farbenprächtig geschnittene Oberflächen oder bringen Holzzusammenset­ zungen mit verbesserten Eigenschaften hervor.

Es existiert jedoch eine definitive Einschränkung bezüglich der Flüssigkeiten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Flüssigkeiten müs­ sen für eine lange Zeit bei der Behandlungstemperatur stabil sein, die typischer­ weise bei in etwa 100°C liegt. Im Falle von Holzkonservierungsmitteln, sind sehr beliebte Arten, die Kupfer- oder Zinkverbindungen enthalten, nicht einsetzbar, da diese Verbindungen dazu neigen, sich in heißem Wasser zu zersetzen. Anderer­ seits sind Borsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure und ihre Natrium- und Ammoniumsalze sehr in heißem Wasser löslich und geben stabile Lösungen. Entsprechend können diese Holzkonservierungschemikalien gleichmäßig auch in Holz mit großen Dimensionen bis auf ein gewünschtes Maß durch Verwendung der vorliegenden Erfindung imprägniert werden.

Kreosot ist ein anderes Beispiel von einem Holzkonservierungsmittel, das in Holz gemäß der vorliegenden Erfindung imprägniert werden kann.

Im Falle von Holzkonservierungsmitteln wie Polychlorphenolen, wird die Imprä­ gnierung in Form einer Lösung in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel durchgeführt. Flüchtige Lösungsmittel können leicht nach der Imprägnierung wie­ dergewonnen werden.

Es soll betont werden, daß eine gleichförmige Imprägnierung von Konservie­ rungsmitteln, Farbstoffen oder Monomeren im Holz viele praktische Vorteile hat. Im Falle der gegenwärtigen Behandlung, die das heutzutage beliebteste Be­ handlungsverfahren ist, ist die Imprägnierung der Konservierungsmittel auf Ober­ flächenschichten von 10 bis 20 mm Tiefe beschränkt. Die meisten inneren Berei­ che sind frei von Konservierungsmitteln. Daher beginnt, nachdem einmal zum Beispiel Regenwasser die Innenseite des behandelten Holzes durch Risse, ge­ bohrte oder genagelte Löcher, erreicht hat, die Zersetzung von der Innenseite her. Diese ungünstigen aber relative häufig auftretenden Tatsachen können durch die Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gestoppt werden, die ein gleichförmiges Verteilen der Konservierungsmittel in dem behan­ delten Holz erlaubt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Aufbau für ein Verfahren zur Imprägnierung von Holz mit einer Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen im folgenden unter Bezug­ nahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau, durch den man ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung erhält. Bezugszeichen 10 zeigt einen Flüssigkeitstank, 20 ist ein Druckgefäß und 30 bezeichnet Holz. Der Tank 10 hat eine Heizung 11 und einen Temperatureinsteller 12, um die Tempe­ ratur der Flüssigkeit L, die im dem Tank 10 enthalten ist, auf ein erforderliches Niveau zu steuern. Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Flüssigkeitszuführpumpe. Das Druckgefäß 20 hat einen Deckel 21, um das Holz 30 hindurch zu führen, ei­ nen Druckeinsteller 22, einen Temperatureinsteller 23, ein Druckventil 24, eine Vakuumpumpe 25 und eine Heizung 26, um die in dem Druckgefäß 20 enthaltene Flüssigkeit zu erwärmen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die den Aufbau gemäß Fig. 1 anwenden, sollen im folgenden erklärt werden. Um den Effekt gemäß der vorlie­ genden Erfindung deutlich zu zeigen, sollen ebenfalls Vergleichsbeispiele erläu­ tert werden. In jedem der Vergleichsbeispiele werden die Stufen des Zusammen­ pressens und der Volumenentspannung bei einer Temperatur unter dem Erwei­ chungspunkt des Holzes durchgeführt.

(Ausführungsbeispiel 1)

Ein abgerindeter Baustamm von japanischer Sicheltanne (Sugi), der natürlich auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 23% getrocknet wurde und der einen oberen End­ durchmesser von 17 cm und eine Länge von 70 cm aufwies, wurde als Holz 30 vorbereitet. Das Holz 30 wurde in das Druckgefäß 20 gegeben. Die Vakuumpum­ pe 25 wurde betätigt, um ein Vakuum von 25 mmHg im Druckgefäß 20 zu errei­ chen, welches in diesem Zustand 60 Minuten lang gehalten wurde, um die Druck­ verringerungsstufe auszuführen.

Die Flüssigkeit L (blaue Flüssigkeit: 0,5% wäßriger Lösung von Patent Blue) die auf 90°C erwärmt wurde, wurde durch die Pumpe 13 aus dem Tank 10 hochge­ pumpt, um das Druckgefäß 20 zu füllen. Das Druckgefäß 20 wurde durch die Hei­ zung 26 erwärmt, die rund um den Druckkessel 20 angeordnet ist. Der interne Druck des Druckgefäßes 20 wurde auf einer Atmosphäre gehalten und die Tem­ peratur der Flüssigkeit L bei 85°C bis 95°C, was höher ist als der Erweichungs­ punkt (80°C) des Holzes 30. Diese Bedingungen wurden 60 Minuten lang beibe­ halten, um das Holz 30 zu erweichen. Die Flüssigkeit L wurde bei 90°C unter Druck gesetzt und in das Druckgefäß 20 gegossen, um den Zusammenpreß­ schritt durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt begann der interne Druck des Druck­ gefäßes 20 anzusteigen, und bei in etwa 10 Atmosphären verlangsamte sich die Anstiegsgeschwindigkeit desselben gemäß der Druckdeformation des Holzes 30. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit L wurde kontinuierlich in das Druckgefäß 20 eingegossen, bis der interne Druck des Druckgefäßes 20 32 Atmosphären er­ reichte. Unter diesem Druck wurde die Temperatur der Flüssigkeit in dem Druck­ gefäß 205 Minuten lang auf 90°C gehalten.

Die Flüssigkeit L in dem Druckgefäß 20 wurde teilweise entnommen, um den in­ ternen Druck des Druckgefäßes 20 auf 8 Atmosphären abzusenken, um die Vo­ lumenentspannungsstufe durchzuführen. Dieser Druck wurde 30 Minuten lang beibehalten. Dann wurde die Heizung 26 gestoppt, die verbleibende Flüssigkeit L wurde vollständig aus dem Druckgefäß 20 zu dem Tank 10 zurückgeführt und das Holz 30 wurde aus dem Druckgefäß 20 herausgenommen. Auch wenn das erhal­ tene Holz eine leichte Verformung auf seiner Außenfläche zeigte, war sein Durchmesser im wesentlichen gleich zu dem ursprünglichen und das Gewicht des Holzes war auf 130% des ursprünglichen angewachsen. Die Oberfläche des be­ handelten Holzes war vollständig blau eingefärbt und keine inneren Risse wurden beobachtet. Das Holz wurde der Länge nach in der Mitte geschnitten und der Querschnitt bei dem Schnitt wurde untersucht. Das Splintholz und das Kernholz bei dem Schnitt waren beide blau gefärbt. Es wurde so bestätigt, daß das Holz gleichmäßig mit der blauen Flüssigkeit imprägniert wurde.

(Vergleichsbeispiel)

Ein abgerindeter Baumstamm von Sugi, also japanischer Sicheltanne, der natür­ lich auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 30% getrocknet wurde und der einen obe­ ren Enddurchmesser von 15 cm und eine Länge von 60 cm hatte, wurde in das Druckgefäß 20 gegeben. Die Flüssigkeit L (blaue Flüssigkeit) wurde bei Raum­ temperatur aus dem Tank 10 in das Druckgefäß 20 gegeben und wurde unter Druck gesetzt, um den internen Druck des Druckgefäßes 20 auf 32 Atmosphären zu erhöhen. Dieser Zustand wurde 5 Minuten lang beibehalten, und dann wurde der interne Druck des Druckgefäßes 20 auf 8 Atmosphären wie im Ausführungs­ beispiel 1 abgesenkt. Dieser Druck wurde 60 Minuten lang beibehalten. Die ver­ bleibende Flüssigkeit wurde entnommen und der Stamm wurde aus dem Druck­ gefäß 20 herausgenommen. Der Gewichtsanstieg des Stammes war 70% des ur­ sprünglichen. Das Holz wurde in Längsrichtung in seiner Mitte geschnitten und der Querschnitt des Schnittes wurde untersucht. Ein Großteil des Splintholzes war gefärbt, aber das Kernholz war nicht gefärbt.

(Ausführungsbeispiel 2)

Dasselbe Holz wie das von Ausführungsbeispiel q wurde vorbereitet. Das Holz wurde mit der Flüssigkeit L ähnlich wie in Ausführungsbeispiel 1 imprägniert, oh­ ne die Druckreduktionsstufe auszuführen. Das erhaltene Holz war am Kernholz leicht hell gefärbt im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1. Der andere Teil des Holzes war im wesentlichen gleichmäßig gefärbt.

(Ausführungsbeispiel 3)

Das Kernholz von einer Sugi, also einer japanischen Sicheltanne, wurde in ein flach gemasertes Brett von 50 mm Länge in der radialen Richtung, 155 mm Länge in der tangentialen Richtung und 800 mm Länge in der Längsrichtung geschnit­ ten. Das Brett wurde natürlich bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 26% getrock­ net. Das Brett wurde in das Druckgefäß 20 gegeben. Der Druck im Druckgefäß 20 wurde mittels einer Vakuumpumpe 25 auf ein Vakuum von 25 mmHg eingestellt. Die Flüssigkeit L (blaue Flüssigkeit: 0,5% wäßriger Lösung von Patent Blue), die auf 95°C erwärmt wurde, wurde durch die Pumpe 13 vom Tank 10 hochgepumpt, um das Druckgefäß 20 zu füllen. Das Druckgefäß 20 wurde durch die Heizung 26 erwärmt, die rund um das Druckgefäß 20 angeordnet ist. Das Druckgefäß 20 wur­ de unter einem Druck von einer Atmosphäre und auf einer Flüssigkeitstemperatur von 90°C bis 95°C 60 Minuten lang gehalten, um das Brett zu erweichen. Wäh­ rend das Druckgefäß 20 kontinuierlich erwärmt wurde, wurde die Flüssigkeit L unter Druck gesetzt und nochmal aus dem Tank 10 in das Druckgefäß 20 zuge­ geben. Wenn der interne Druck des Druckgefäßes 20 in etwa 18 Atmosphären erreichte, wurde die Flüssigkeit L gestoppt. Das Druckgefäß 20 wurde 60 Minuten lang unter diesem Druck gehalten.

Die Flüssigkeit L in dem Druckgefäß 20 wurde teilweise entnommen, um den in­ ternen Druck des Druckgefäßes 20 auf 8 Atmosphären abzusenken. 30 Minuten später wurde die Heizung 26 gestoppt und die verbleibende Flüssigkeit L wurde vollständig aus dem Druckgefäß 20 in den Tank 10 zurückführt. Dann wurde das Brett aus dem Druckgefäß 20 entnommen. Das Anwachsen des Gewichts des Bretts betrug 110% des ursprünglichen. Das erhaltene Brett hatte im wesentlichen die ursprünglichen Ausmaße mit Ausnahme der Länge in Radialrichtung, die leicht kürzer war. Die Oberflächen des Brettes waren vollständig blau eingefärbt. Das Brett wurde in Längsrichtung in seiner Mitte geschnitten und der Querschnitt an dem Schnitt wurde untersucht. Der Querschnitt am dem Schnitt war vollständig blau eingefärbt und es wurde bestätigt, daß das Brett gleichmäßig mit der blauen Flüssigkeit imprägniert war.

Wie oben in Bezugnahme zu der Fig. erklärt wurde, kann nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Holz mit Flüssigkeit ohne Anwendung von Metallformen zum Zusammenpressen des Holzes imprägniert werden. Entspre­ chend benötigt die vorliegende Erfindung keinen störenden Arbeitsschritt, um das Holz in die Metallformen hineinzugeben und herauszunehmen und keinen Appa­ rat zum Öffnen und Schließen der Metallformen. Entsprechend kann mit der vor­ liegenden Erfindung ein flüssigkeitsimprägniertes Holz zu niedrigen Kosten er­ halten werden.

Die vorliegende Erfindung preßt Holz mit dem hydrostatischen Druck der Flüssig­ keit in einem Druckgefäß zusammen und reduziert den Druck in dem Druckgefäß, um eine Volumenentspannung des Holzes zu verursachen, und um so schnell das Holz mit der Flüssigkeit zu imprägnieren. Wenn das Holz in dem Druckgefäß zusammengepreßt wird, wird die Temperatur des Holzes auf dem oder über dem Erweichungspunkt des Holzes gehalten. Entsprechend wird das Holz während dem Zusammenpreß- und Volumenentspannungsschritten weitgehend verformt, um sicher die Flüssigkeit in das Kernholz zu infiltrieren. Wenn das Holz während der Volumenentspannung über seinem Erweichungspunkt gehalten wird, wird das Holz effizienter und sicherer mit der Flüssigkeit imprägniert. Da keine Metall­ formen vorhanden sind, die das Holz berühren, wird das Holz keinerlei Schaden an seiner Oberfläche nehmen. Als Ergebnis hieraus hat das Holz einen sehr ho­ hen Handelswert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der interne Druck des Druckgefäßes vor dem Zusammenpressen des Holzes mit dem Flüssigkeitsdruck verringert werden. Dadurch wird die Luft aus dem Holz reduziert oder entfernt und die Flüssigkeit dringt wirksamer in das Holz ein; anderenfalls verbleibt die Luft in dem Holzgewe­ be, um ein Zusammenpressen, eine Volumenentspannung und eine Imprägnie­ rung des Holzes mit Flüssigkeit zu verhindern.

Claims (12)

1. Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Flüssigkeit, enthaltend die folgenden Schritte:
Einlegen des getrockneten Holzes in ein Druckgefäß, so daß das Holz in der im Druckgefäß enthaltenen Flüssigkeit eingetaucht ist;
Einstellen der Temperatur des Holzes auf dem oder über dem Erweichungspunkt des Holzes und Unterdrucksetzen der Flüssigkeit, um das Holz zusammenzu­ pressen; und
Reduzieren des inneren Drucks des Druckgefäßes, um eine Volumenentspan­ nung des Holzes in der Flüssigkeit zu verursachen, so daß die Flüssigkeit in das Holz infiltriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Holzes während des Zusammenpressens und der Volumenentspannung des Holzes in der Flüssigkeit auf dem oder über dem Erweichungspunkt des Holzes gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem das Holz in das Druckgefäß gelegt wird oder nachdem das Holz in der Flüssigkeit eingetaucht wird, der innere Druck des Druckgefäßes reduziert wird, um die im Holz enthaltene Luft zu verringern oder zu entfernen, und dann die Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird, um das Holz zusammenzupressen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit eine wäßrige Holzkonservierungslösung ist, die mindestens Borsäure oder ein Borat als wesentlichen Inhaltsstoff enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit eine wäßrige Holzkonservierungslösung ist, die mindestens Phosphorsäure oder Polyphosphorsäure oder ein wasserlösli­ ches Salz einer dieser Säuren als wesentlichen Inhaltsstoff enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit ein Holzkonservierungsmittel ist, das Kreosot als hauptsächlichen Inhaltsstoff enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit eine Lösung aus organischem Holzkonser­ vierungsmittel in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit eine wäßrige Lösung von einem oder mehreren Farbstoffen ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu imprägnierende Flüssigkeit ein Monomer und/oder Vorpolymer oder eine Lösung von Monomer und/oder Vorpolymer in Wasser oder flüchtigem orga­ nischen Lösungsmittel ist.

10. Holzartiges Material, erhalten durch das Verfahren gemäß einem der Ansprü­ che 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzkonservierungsmittel in der Holzmatrix relativ gleichförmig dispergiert ist.

11. Holzartiges Material, erhalten durch das Verfahren gemäß Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Farbstoffe relativ gleichförmig in der Holzmatrix dispergiert ist.

12. Holzartiges Verbundmaterial, erhalten durch Polymerisation eines Monomers und/oder Vorpolymers, das in die Holzmatrix durch das Verfahren gemäß An­ spruch 9 imprägniert wurde.