DE2028377B2

DE2028377B2 - Verfahren zur formgebung oder zum pressen von holz

Info

Publication number: DE2028377B2
Application number: DE19702028377
Authority: DE
Inventors: Jouko Porvoo Huttunen (Finnland)
Original assignee: Neste Oy, Helsinki
Priority date: 1969-06-10
Filing date: 1970-06-09
Publication date: 1973-05-17
Also published as: CA935715A; DK125374B; FR2050132A5; US3788929A; GB1261686A; SE367944B; DE2028377C3; NO123504B; FI43008B; AT297305B; JPS4838122B1; BR7019582D0; DE2028377A1

Description

Nach erfolgtem Imprägnieren kann das Holz auch zusammengedrückt werden, wobei aus diesem Hydrazinlösung entweicht, in der sich Lignin gelöst hat Mittels einer gewöhnlichen Handschraubenpresse kann man das Volumen des Holzes leicht um mehr als 50°/₀ in Richtung senkrecht zu den Fasern herabsetzen. Nach oder bei dem Pressen kann man aus dem Holz mittels Wärmebehandlung die flüchtigen Stoffe entfernen, wobei das Holz eine neue, stabile Form und beträchtlich veränderte Eigenschaften erlangt.

Das Pressen wird zweckmäßigerweise während der Wärmebehandlung vorgenommen. Die Preßtemperatur kann z. B. 100 bis 200³C, vorzugsweise 15O⁰C betragen. Die Preß- und Trockenzeit kann je nach dem gewünschten Endresultat, der Holzart, den Dimensionen, der Preßremperatur usw. variieren. In der Regel genügt eine Preß- und Trockenzeit von etwa 4 Stunden. Im Verlauf der Preß- und Trocknungsbehandlung verdunstet aus dem H0I7 in der Hauptsache Hydrazin, das durch Kondensieren zurückgewonnen werden kann. Durch Messen des Stickstoffgehalts des Holzes nach der Behandlung ist festgestellt worden, daß im Holz etwa 2°/₀ Hydrazin, auf das Trockengewicht bezogen, verbleiben.

Die Dichte des Holzes nimmt infolge der Zusammendrückung in erheblichem Maße zu. Die Dichte erhöht sich in der Regel bei Laubhölzern stärker als bei Nadelhölzern.

Ein zweites Ergebnis der Preß- und Wärmebehandlung ist eine erhebliche Steigerung der Härte. Beispielsweise beträgt die Härte von Birkenholz im unbehandelten Zustand und senkrecht zur Faserrichtung gemessen etwa 200 Brinell-Grade, während bei nach der Erfindung behandeltem Holz die entsprechende Härte höher als 2000 Brinell-Grade sein kann. Die in der Faserrichtung gemessene Härte ist noch größer und kann sich auf etwa 3000 Brinell-Grade belaufen.

Ferner ist beobachtet worden, daß durch die Behandlung nach der Erfindung die Dimensionsstabilität de; Holzes verbessert wird. In feuchter Luft ändern sich die Maße langsamer und weniger als bei unbehandeltem Holz. In Wasser untergetaucht, quillt Holz nach der Erfindung ebenso wie auch gewöhnliches Holz, aber beim Trocknen gewinnt es erneut zum großen Teil seine verbesserte Härte und Festigkeit wieder. Es spaltet auch nicht beim Trocknen nach Eintauchen in Wasser.

Die Hydrazinimprägnierung und die darauffolgende Preß- und Wärmebehandlung haben in der Regel einen verdunkelnden Einfluß auf die Farbe des Holzes. Die Farbänderung hängt von der benutzten Erhitzungstemperatur und von der Erhitzungszeit ab. Die Farbe von Birkenholz wird braun, die von Erle rotbraun, während hingegen Kiefer erst nach längerer Erhitzung dunkler zu werden beginnt. Durch Variieren der Erhitzungszeiten und der Temperaturen kann man somit bei gewöhnlichem Holz edelholzähnliche Farbnuancen erzielen.

Es sind keine durch die Holzart bedingten Einschränkungen der Anwendbarkeit des Verfahrens nach der Erfindung beobachtet worden. Gute Resultate werden sowohl mit Laubhölzern als auch mit Nadelhölzern erzielt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Holz kann mit Vorteil z. B. in der Möbel-, Ski-. Kisten- und Bootbauindustrie sowie allgemein auf allen Verwendungsgebieten eingesetzt werden, wo Biegen des Holzes in Frage kommt. Es kann auch zu allen solchen Zwecken Verwendung finden, wo die natürliche Härte oder Festigkeit des Holzes nicht ausreicht Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Plattenindustrie, wo nach der Erfindung behandelte Holzplatten oder -furniere mit verschiedenen Plattenmaterialien wie z. B. Sperrhölzern, Stabplatten, Faserplatten, Spanplatten usw. verleimt werden können.

ίο Es versteht sich, daß die Preßtrocknung der Furniere und das Verleimen des Laminats in ein und demselben Arbeitsgang vereinigt werden können. Desgleichen kann das behandelte Holzmaterial mit einem geeigneten Überzug, z. B. mit einem Farbanstrich oder einer Lackschicht, versehen werden.

Die Flüssigkeit, die während des Pressens von mit Hydrazin imprägniertem Holz ausläuft, kann aufgesammelt und bei Wunsch erneut zum Imprägnieren von Holz verwendet werden. Aus dieser Flüssigkeit

so kann man eventuell das gelöste Lignin z. B. durch Ausfällen abtrennen und das erhaltene verdünnte Hydrazin mit frischem konzentriertem Hydrazin verstärken. Desgleichen kann das während der Wärmebehandlung verdunstende Hydrazin aufgesammelt und erneut zum Imprägnieren verwendet werden. Das Verfahren nach der Erfindung wird nunmehr mittels der nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein raumtrockenes Birkenholzstück (Feuchtigkeitsgehalt 6 bis T⁰Io) mit den Maßen 20, 4 · 62,3 · 580 mm wurde mit 15°/_oig^er Wasserlösung von Hydrazin auf folgende Weise imprägniert. Zuerst wurde das Holzstück in einen Druckzylinder gebracht, aus dem die Luft entfernt wurde, so daß der Druck bis unter 5 mm HG absank. Anschließend wurde in den Behälter die Hydrazinlösung eingelassen, die man unter gewöhnlichem Druck 15 Minuten lang in das Holz einziehen ließ. Dann wurde der Druck für die Dauer von 30 Minuten auf 5 kp/cm² erhöht.

Die Abmessungen des Körpers nach der Imprägnierung betrugen 21,5 · 68,5 · 580,5 mm. Der Körper wurde anschließend 15 Minuten lang im Wärmeschrank bei 80° C gehalten. Danach wurde der Körper von Hand um 180° mit etwa 3 cm Biegeradius umgebogen. Trocknung erfolgte unter Biegepressung bei 115°C. Der Körper zeigte keinerlei Zeichen von Bruch. Das Gewicht des Körpers betrug vor dem Imprägnieren 497,1 g, nach dem Imprägnieren 1004,5g und nach dem Trocknen 467,1g.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde der Einfluß von Hydrazin auf die Zusammendrückbarkeit und Härte von aus Birkenholz, Erlenholz und Kiefernholz hergestellten Holzstücken untersucht. Das Imprägnieren fand ebenso wie im vorigen Beispiel mit 15%iger Wasserlösung von Hydrazin statt. Das Pressen erfolgte in einer üblichen Presse mit 6 mm Schraubensteigung

und 60 cm Länge der Dreharme. Drehen^ der Presse erfolgte von Hand. Die Preßzeit war 4 Stunden und die Preßtemperatur 150⁰C. In Tabellen I bis ΙΠ snd die Eigenschaften von Birke, Erle und Kiefer vor und nach der Behandlung dargesteEt. Die Harten sind senkrecht zu den Fasern gemessen.

Tabelle ΠΙ
Kiefer

Eigenschaft

Tabelle I
Birke

Eigenschaft	Un- behandeltes Holz	Imprä gniertes Holz	Gepreßtes und getrocknetes Holz
Dicke, mm Breite, mm Länge, mm Volumen, cm³ Gewicht, g Dichte, g/cm³ Härte, ⁰B	19,2 48,2 97,0 98,8 63,4 0,64 200	20,8 52,9 97,0 122,5	9,7 44,0 97,0 41,2 58,5 1,42 2000

Dicke, mm
ίο Breite, mm
Länge, mm
Volumen, cm³
Gewicht, g
Dichte, g/cm³
Härte, ⁰B

Un-

behandeltes
Holz

19,8
47,9
97,6
92,6
44,1

0,47
145

Imprägniertes Holz

Gepreßtes

und

getrocknetes Holz

20,7 50,9 97,7

73,8

9,3

47,1 97,5 42,7 41,0 0,98 790

Tabelle II
Erle

Eigenschaft	Un- behandeltes Holz	Imprä gniertes Holz	Gepreßtes und getrocknetes Holz
Dicke, mm Breite, mm Länge, mm Volumen, cm³ Gewicht, g Dichte, g/cm¹ Härte, ⁰B	18,5 48,4 99,4 88,7 35,5 0,40 120	19,6 52,0 99,8 107,7	5,9 45,0 99,5 26,4 32,4 1,23 1530

Aus den Tabellen geht hervor, daß sich die größte Dickenabnahme und Verringerung des Volumens bei Erle ergab. Das Volumen nahm bei Birke, Erle und

Kiefer um 58,3%. 70,2% bzw. 59,3% ab. Die größte Härte wurde bei Birke und die kleinste bei Kiefer erzielt. Es ist festgestellt worden, daß die ursprüngliche Dichte des Holzes auf die Zusammendrückbarkeit und auf die Zunahme der Härte Einfluß

hat. Mit zunehmender ursprünglicher Dichte geht die Zusammendrückbarkeit und Härte herab, die mittels einer Behandlung nach der Erfindung erzielt werden.

Beispiel 3

3o Zur Untersuchung des Einflusses der Konzentration der Hydrazinlösung wurden Birkenholzstückc von etwa 20 · 127 · 117,7 mm Größe mit Hydrazinlösungen verschiedener Konzentrationen imprägniert.

Imprägnieren, Pressen in der Dickenrichtung und Trocknen erfolgten wie im Beispiel 2. Vergleichshalber wurde der gleiche Versuch mit reinem Wasser und mit 25%igem Ammoniak als Imprägniermittel ausgeführt. In Tabelle IV sind die Dicken, Dichten

und Härten der Probekörper sowohl vor als auch nach der Behandlung angegeben. Die Härten sind senkrecht zu den Fasern gemessen. Die Ergebnisse zeigen, daß etwa 5%ige Hydrazinlösung noch bemerkenswerten Einfluß auf die Zusammendrückbarkeit und Härte des Holzes hat.

Tabelle IV

Imprägniermittel

Hydrazin 15.4%
Hydrazin 7,7%
Hydrazin 5,1%
Wasser
Ammoniak 25%

Dicke rum

20,1 20,1 20,2 20,1 20,2

Beispiel 4

Unbehandeltes Holz

Dichte

g/cm³

0,52 0,54 0,60 0,60 0,68

Die im Beispiel 2 hergestellten Holzstücke wurden aus Laborverhältnissen (2O⁰C, 25% rel. F.) in 65% relative Feuchtigkeit (2O⁰C) übergeführt. Die Dimensionen der Körper blieben unverändert vier Tage lang. Das Gewicht der Erlenstücke nahm um etwa 1 % und Härte
⁰B

200
200
200
200
200

Dicke
mm

7,0

8,2

9,9

15,6

12,3

Imprägniertes und preßgetrocknetes Holz

Dichte Härte

g/cm^{3 0}B

1,42 >2000

1 20 1800

1,11 1300

0,71 300

1,04 700

das der Birkenstücke um etwa 0,4% zu. Das Volumen der Kiefernstücke nahm um etwa 1,5 % und ihrGewicht um etwa 3,7% zu. Bei einem ebensolchen Versuch mit ebensolchen unbehandelten Holzstücken vermehrte sich das Volumen von Kiefernholz um etwa 3% und von Birkenholz um 2,64%. Das Gewicht von Kiefer bzw. Birke nahm um 5,5% bzw. 4% zu.

Beispiel 5

Birkenholzfurniere von 2,7 mm Stärke wurden mit Hydrazinlösung imprägniert und in der Presse getrocknet wie im Beispiel 2. Die Dicke der Furniere nach dem Trocknen betrug 1,3 mm. Mit der Hand fühlten sich die Furniere weit fester als gewöhnliche Furniere entsprechender Dicke an. Auch die Härte hatte erheblich zugenommen (1500° B).

Beispiel 6

Die Biegefestigkeit von Holzstäben (Querschnitt 5,10 · 18,55 mm), die aus nach Art des Beispiels 2 behandeltem Birkenholz hergestellt waren, wurden nach British Standard 373:1957 untersucht. Die bei der Imprägnierung verwendeten Hydrazinkonzentrationen

betrugen 15,4 °/₀ und 7,7%. Zum Vergleich wurde auch die Biegefestigkeit für Holzstäbe (Querschnitt 8,4 · 25,1 mm) aus unbehandeltem Birkenholz bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V wiedergegeben, aus der auch die für die Probestäbe berechneten Elastizitätsmodule hervorgehen.

Tabelle V

IO Imprägniermittel	Biege bruchfestigkeit kg/cm*	Elastizitäts modul kg/cm*
Hydrazin 15,4 °/o 15 Hydrazin 7,7% Unbehandeltes Holz	5800 5620 1680	452 000 400 000 181000

Claims

1 2 gesundheitsschädlich, weshalb besondere Schutzmaß- Patentamnriichi- nahmen notwendig sind. ratentansprucüe. Aufgabe der Erfindung ist es, Holz bei der Form gebung oder beim Pressen gleichzeitig zu verdichten,

1. Verfahren zur Formgebung oder zum Pressen 5 so daß die Dichte und Härte des Holzes zut und von Holz, bei dem das Holz mit einem holz- daß dessen Dimensionsstabilität gegenüber derjenigen erweichenden Mittel behandelt, die gewünschte von unbehandeltem Holz erhöht wird.
Formgebung bzw. Pressung ausgeführt und das Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erüberschüssige Erweichungsmittel im Verlauf der findung darin, daß man als holzerweichendes Mittei Formgebung bzw. Pressung oder danach entfernt io Hydrazin oder ein Hydrazin enthaltendes Medium wird, dadurch gekennzeichnet, daß verwendet. Durch dieses Mittel kann Holz derart als holzerweichendes Mittel Hydrazin oder ein plastifiziert oder weichgemacht werden, daß es ver-Hydrazin enthaltendes Medium verwendet wird. hältnismäßig leicht in die gewünschte Form gebogen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- werden kann. Die Verwendung von Hydrazin erzeichnet, daß das Hydrazin mittels Oberflächen- 15 möglicht neben dem Biegen des Holzes ein beträchtbestrich eingebracht wird. liches Zusammendrücken desselben. Holz, das nach

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Erfindung behandelt wird, nimmt nach dem Bezeichnet, daß das Holz nach dem Imprägnieren handeln eine neue, stabile Form an, ohne daß dessen erwärmt wird. Fasergefüge dabei Schaden nimmt.

20 Beim Imprägnieren von Holz mit Hydrazin ergibt sich offenbar im behandelten Holz eine teilweise Erweichung und Auflösung von Lignin; das Hydrazin

breitet sich im Holzmaterial aus. Damit verbunden ist

auch ein Erweichen des sogenannten Lignin-Kohle-25 hydratkomplexes. Fernerhin reagiert Hydrazin offenbar mit Lignin, woraus sich Kreuzbindungen zwischen Ligninmolekülen ergeben, welche die Molekülgröße

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Form- des Lignins vervielfachen. Gleich dem Ammoniak gebung oder zum Pressen von Holz, bei dem das Holz wirkt Hydrazin auch auf Zellulose ein.
mit einem holzerweichenden Mittel behandelt, die 30 Das Hydrazin kann entweder in reiner Form oder gewünschte Formgebung bzw. Pressung ausgeführt in Form einer Lösung, z. B. einer wäßrigen Lösung, und das überschüssige Erweichungsmittel im Verlauf vorliegen. Es können auch andere zum Zweck geeignete der Formgebung bzw. Pressung oder danach entfernt Lösungsmittel oder Medien verwendet werden. Die wird. Hauptsache ist, daß die Imprägnierflüssigkeit genügend

Es ist bekannt, daß das Biegevermögen von Holz 35 Hydrazin enthält. Man kann somit Hydrazinlösungen erhöht werden kann, indem man es mit heißem mit einer Konzentration zwischen 1 bis 100% verWasser oder Dampf behandelt. Ist das Holz mit wenden, als zweckmäßig haben sich 3 bis 15°/₀ erFeuchtigkeit gesättigt, läßt es sich biegen und an- wiesen. Es ist zu beachten, daß das zu behandelnde schließend unter Druck trocknen. Abgesehen davon, Holz auch grün sein kann; in diesem Falle ist eine daß bei dieser Arbeitsweise lange Behandlungszeiten 40 konzentriertere Hydrazinlösung zu benutzen, als sie notwendig sind, bewirkt die Behandlung mit heißem bei trockenem Holz eingesetzt wird.
Wasser oder Dampf physikalische und chemische Zum Imprägnieren des Holzes mit Hydrazin kann

Veränderungen im Holz, die seine Eigenschaften be- man sich jedes beliebigen geeigneten Imprägniervereinträchtigen. Die mit dieser Behandlung erzielte fahrens bedienen. In derartigen Verfahren verwendet Biegung ist nicht sehr beständig. 45 man in der Regel verschiedenartige Kombinationen

Nach einem anderen Verfahren wird das Holz mit von Druck- und Vakuumbehandlungen. Das Imwasserfreiem, flüssigem Ammoniak oder mit wäßriger prägnieren erfolgt vorteilhaft beispielsweise in einem Ammoniaklösung imprägniert, wonach man das Holz Druckbehälter, in dem zuerst zur Entfernung der in die gewünschte Form biegen kann, in der es beharrt, Luft aus den Holzporen Unterdruck erzeugt wird, wenn das Ammoniak abgedunstet worden ist. 5° Anschließend wird in den Behälter Hydrazinlösung

Den Mechanismus des Prozesses hat man folgender- eingelassen, die man gegebenenfalls zuerst bei Untermaßen erklärt. Ammoniak vermag nicht nur in die druck und dann bei normalem Druck oder Überamorphen Substanzen der Zellwände, sondern auch druck in das Holz eintreten läßt. Das Imprägnieren in die Kristallstruktur der Zellulose und in den pheno- kann auch durch Bestreichen erfolgen,
lischen Ligninbindestoff einzudringen. Das Ammoniak 55 Während der Imprägnierbehandlung wird das Holz trennt einige Wasserstoffbindungen, die die normale biegsam und weich. Die Plastizität kann noch mittels Steifigkeit des Holzes verursachen. Das Erweichen einer verhältnismäßig kurzen Wärmebehandlung z. B. der Kristallstruktur gestattet Bewegungen der Struk- von 10 bis 30 Minuten Dauer (bei 80 bis 100⁰C) erhöht turbestandteile aneinander vorbei unter Einfluß einer werden. Nach erfolgtem Imprägnieren kann das Holz äußeren Kraft. Nach erfolgtem Abdunsten des Am- 60 gebogen und/oder zusammengedrückt werden. Beimoniaks bilden sich abermals Wasserstoffbindungen spielsweise kann ein Birkenholzstück von 20 mm zwischen den Polymerketten, und die Holzstruktur Stärke (mit den Fasern in der Längsrichtung) mit wird erneut auf ihre vorhergehende Steifigkeit kreuz- Leichtigkeit von Hand um 180° mit etwa 3 cm Biegegebunden, radius umgebogen werden, ohne daß das Holz Schaden Ein großer Nachteil des Ammoniakverfahrens ist 65 erleidet. Nach Abdunsten des Hydrazins behält das der niedrige Siedepunkt des Imprägniermittels, der Holz die gebogene Form bei und setzt anschließend die Verwendung von Kühl- und Verflüssigungsappa- der Biegung erheblich größeren Widerstand entgegen raturen erforderlich macht. Fernerhin ist Ammoniak als unbehandeltes Holz.