DE2028377C3 - Verfahren zur Formgebung oder zum Pressen von Holz - Google Patents
Verfahren zur Formgebung oder zum Pressen von HolzInfo
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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°/„ 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 200°C, vorzugsweise 1500C
betragen. Die Preß- und Trockenzeit kann je nach dem gewünschten Endresultat, der Holzart, den
Dimensionen, der Preßtemperatur usw. variieren. In der Regel genügt eine Preß- und Trockenzeit von
etwa 4 Stunden. Im Verlauf der Preß- und Trocknungsbehandlung verdunstet aus dem Holz 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
des 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 Piattenmaterialien
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
»5 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
ao 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
a5 und erneut zum Imprägnieren verwendet werden. Das Verfahren nach der Erfindung wird nunmehr
mittels der nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.
· Ein raumtrockenes Birkenholzstück (Feuchtigkeitsgehalt 6 bis 7%) mit den Maßen 20, 4 · 62,3 · 580 mm
wurde mit 15°/oiger 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/cm* 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 8O0C gehalten. Danach wurde der Körper
von Hand um 180" mit etwa 3 cm Biegeradius umgebogen.
Trocknung erfolgte unter Biegepressung bei 115CC. 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.
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 Preßzelt war 4 Stunden und die Preßtemperatur 1500C. In Tabellen 1 bis III sind
die Eigenschaften von Birke, Erle und ICefer vor und
nach der Behandlung dargestellt. Die Harten sind senkrecht zu den Fasern gemessen.
Tabelle HI
Kiefer
Kiefer
Eigenschaft
Un-
behandeUes
Holz
Holz
Imprägniertes Holz
Gepreßtes
und
getrocknetes Holz
Tabelle I Birke
Eigenschaft
Dicke, mm
Breite, mm
Länge, mm
Volumen, cm3
Gewicht, g
Dichte, g/cm3
Härte, CB
Breite, mm
Länge, mm
Volumen, cm3
Gewicht, g
Dichte, g/cm3
Härte, CB
Un-
behandeltes Holz
19,2 48,2 97,0 98,8 63,4 0,64 200
Imprägniertes Holz
20,8 52,9 97,0
122,5
Tabelle Il Erle
Gepreßtes
und
getrocknetes Holz
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
ίο Breite, mm
Länge, mm
Volumen, cm3
Gewicht, g
Dichte, g/cm3
Härte, 0B
19,8
47,9
97,6
92,6
44,1
47,9
97,6
92,6
44,1
0,47
145
145
20,7 50,9 97,7
73,8
9,3 47,1 97,5 42,7 41,0 0,98 790
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 |
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 so Kiefer um 58,3%, 70,20A, 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
as hat. Mit zunehmender ursprünglicher Dichte geht die Zusammendrückbarkett und Härte herab, die
mittels einer Behandlung nach der Erfindung erzielt werden.
Beispiel 3 30
Zur Untersuchung des Einflusses der Konzentration der Hydrazinlösung wurden Birkenholzstücke
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.
Hydrazin 15,4%
Hydrazin 7,7%
Hydrazin 5,1%
Wasser
Ammoniak 25%
Hydrazin 7,7%
Hydrazin 5,1%
Wasser
Ammoniak 25%
Imprägniertes und preßget.-ocknetes Holz
Die im Beispiel 2 hergestellten Holzstücke wurden aus Laborverhältnissen (201C, 25% rel. F.) in 65%
relative Feuchtigkeit (20"C) übergeführt. Die Dimensionen der Körper blieben unverändert vier Tage lang.
Das Gewicht der Erlenslückc nahm um etwa 1 % und
>2000
1800
1300
300
700
das der Birkenstücke um etwa 0,4% zu. Das Volumen
der Kiefernstücke nahm um etwa 1-5% und.hrGew.ch
um etwa 3,7% zu. Bei einem ebensolchen Versuch mit 65 ebensolchen 'unbehandelten Holzstücken vermehrte
sich das Volumen von Kiefernholz um etwa 3 /.und
von Birkenholz um 2,64%. Das Gewicht von K.efer bzw. Birke nahm um 5,5% bzw.-4% zu.
Birkenholzfurniere von 2,7 mm Stärke wurden mit Hydrazinlösung imprägniert und in der Presse getrocknet
wie im Beispiel 2. Die Dicke der Furniere nuch 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 (15000B).
IO
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% und TJ0Io- Zum Vergleich wurde
auch die Biegefestigkeit für Holzsläbe (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.
Imprägniermittel |
Bicge-
bruchfestigkeil kg/cm2 |
Elastizitäts
modul kg/cm- |
Hydrazin 15,4% Hydrazin 7,7% Unbehandeltes Holz |
5800 5620 1680 |
452 000 400 000 181000 |
10? «19/66
Claims (3)
1. Verfahren zur Formgebung oder zum Pressen 5 so daß die Dichte und Härte des Holzes zunimmt 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 Mittel
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
Ligninmolekiilen 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 verwend i 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% ver"
Wasser oder Dampf behandelt. Ist das Holz mit wenden, als zweckmäßig haben sich 3 bis 15°/0 er-
Feuchtigkeit 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 Imprägnierver-
einträchtigen. 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 Im-
wasserfreiem, 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. 50 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,
tischen 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 100°C) «höht
turbestandteile aneinander vorbei unter Einfluß einer werden. Nach erfolgtem Imprägnieren kann das Holz
äußeren Kraft. Nach erfolgtem Abdunsten des Am- 6p gebogen und/oder zusammengedrückt werden. Beimoniaks
bilden sich abermals Wasserstoffbindungen spielsweise kann ein Birkenholjstück 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.
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