DE2040356B2

DE2040356B2 - Verfahren zum Imprägnieren von Gegenständen aus Holz, Gips oder porösem Material mit polymerisierbarer Flüssigkeit unter nachfolgender Polymerisation durch Bestrahlung

Info

Publication number: DE2040356B2
Application number: DE19702040356
Authority: DE
Inventors: Michel Paris Guibert; Rene Antony Pierlas
Original assignee: CONSERVATOME COURBEVOIE (FRANKREICH) Ste
Current assignee: CONSERVATOME COURBEVOIE (FRANKREICH) Ste
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1970-08-13
Publication date: 1978-03-16
Also published as: CH535636A; BE754834A; DE2040356C3; DK126904B; CA962224A; FI53543C; DE2040356A1; FI53543B; GB1318076A; FR2055989A5; NL7012040A; SE369861B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren eines Gegenstandes aus Holz, Gips oder einem ^o porösen Material, insbesondere langgestreckter Form, mit einer polymerisierbaren Flüssigkeit oder einem Gemisch polymerisierbarer Flüssigkeiten unter Polymerisieren der polymerisierbaren Flüssigkeit durch Bestrahlen unter Luft- oder Sauerstoffausschluß durch Überziehen des Gegenstandes.

Es ist bereits versucht worden, die physikalischen Eigenschaften von Holz, Gips oder allgemeinem porösem Material zu verbessern, indem diese Materialien mit einer Flüssigkeit oder einem Gemisch polymerisierbarer Flüssigkeiten imprägniert wurden. Dieses Gemisch wird dann durch Strahlung gehärtet und polymerisiert, und zwar aufgrund einer Strahlung, die üblicherweise mit »ionisierende elektromagnetische Strahlung« oder mit »Strahlung von Partikeln hoher Energie« bezeichnet wird. Als ionisierende elektromagnetische Strahlung kann man beispielsweise die Gammastrahlung einsetzen, welche von gewissen instabilen Isotopen ausgesandt wird, wie z. B. Cobalt-60 oder Cäsium-137 oder einem Isotopen-Gemisch wie dem beispielsweise, welches in nuklearen Brennstoffelementen enthalten ist, die aus Reaktoren abgestrahlt werden. Als Hochenergiepartikel kann man Elektronen mit einer Energie zwischen 0,4 und 10 Megaelektronenvolt verwenden, die aus einem Beschleunigerkopf austreten, der mit elektrischem hochgespannten Strom gespeist wird.

Man stellt leider fest, daß dann, wenn man versucht, die polymerisierbare Flüssigkeit in Anwesenheit von Luft oder Sauerstoff zu härten, der Gegenstand *>° aufgrund einer unerwünschten Reaktion, die auf den Sauerstoff zurückzuführen ist, schmierig oder pechartig bleibt. Das bedeutet, daß man die Flüssigkeit gegen den Kontakt mit Luft schützen muß — sowohl während des Imprägnieren der Gegenstände wie beim Bestrahlen ^M dieser Gegenstände —, wobei man in dichten, mit einem inerten gasförmigen Fluid gefüllten Behältern arbeiten muß. Beim gasförmigen inerten Fluid kann es sich handeln um: Stickstoff-Kohlendioxyd, einem Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxyd etc.

Die Verwendung dieses gasförmigen Fluids bedeutet Kosten und insbesondere eine gewisse technologische Unzweckmäßigkeit, die auf die Erzeugung, die Verteilung und die Lagerung dieses gasförmigen Fluids zurückzuführen ist. Da im übrigen die Polymerisation der die Gegenstände imprägnierenden Flüssigkeit eine exotherme Reaktion ist und der Behälter dicht ist, folgt hieraus eine nicht vernachlässigbare Erhöhung des Drucks im Behälter, was Schwierigkeiten in der Auslegung und Herstellung dieser Behälter, insbesondere im industriellen Maßstab, nach sich zieht.

Schließlich umfassen die polymerisierbaren verwendeten Flüssigkeiten im allgemeinen Körper, welche Dampfspannungen mit relativ hohen Werten, selbst bei Umgebungstemperatur- aufweisen. Die exotherme Polymerisationsreaktion bringt oft somit eine Verflüchtigung der Flüssigkeit an der Oberfläche des imprägnierten Gegenstandes mit sich, von dem also nur der Kern gehärtet wird.

Zur Verhinderung der Reaktion des Luftsauerstoffs mit der zu polymerisierenden Imprägnierflüssigkeit ist auch schon (so in »Industrie-Lackierbetrieb« 36 Nr. 9, 1968, Seiten 376-384; »Farbe und Lack« 74, Nr. 12, 1968, Seiten 1179-1184) die Zugabe kleinerer Mengen von Wachs oder anderer Zusatzstoffe odtr auch eine Abdeckung mit dünnen Profilabdeckfolien vorgeschlagen worden, also dünne Schutzschichten bestimmter Substanzen. Allerdings hat sich eine dünne Wachsschicht als unzureichend erwiesen, da die polymerisierbare Flüssigkeit durch Wachsschichten hindurchschmelzen kann. Ferner tritt eine Verdampfung oder Diffusion der Flüssigkeit durch die Wachsschichten hindurch ein. Schließlich ist es mit einer dünnen Wachsschicht nicht möglich, das Überhitzen zu verhindern, die Bestrahlungsdosis zu regulieren, gegen Luft und Sauerstoff vollständig zu versiegeln und die bestrahlten Gegenstände zu tragen.

Erfindungsgemäß kann nun den obengenannten Nachteilen abgeholfen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß der Gegenstand in ein Bad mit flüssigem Wachs getaucht und das Bad anschließend zu einem Block verfestigt wird, der dann bestrahlt wird.

Als Schutzkörper kann man Wachse mineralischen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs verwenden.

Die Wachse mineralischen Ursprungs, die gewöhnlich aus Rohöl hergestellt werden und »Paraffine« oder »mikrokristalline Wachse« genannt werden, bestehen aus einem Gemisch von Aikan-Kohlenwasserstoffen der allgemeinen Formel

wobei η eine ganze Zahl gleich oder größer 20 bedeutet. Diese Paraffine und diese mikrokristallinen Wachse von relativ geringem Preis weisen Schmelzpunkte auf, die praktisch zwischen 35°C und 65^CC, somit unter der Siedetemperatur des Wassers liegen.

Die Wachse pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die aus Estern auf der Basis von Säuren und höheren Fettalkoholen gebildet sind, weisen auch gewöhnlich Schmelzpunkte niedriger als die Siedetemperatur des Wassers auf. Die Schmelzpunkte des sogenannten Carnauba-Wachses und des Bienenwachses liegen beispielsweise etwa bei 83,5°C und 63°C.

Man kann auch Fettsäuren, die bei Umgebungstem-

peratur fest sind, verwenden, wie beispielsweise handelsübliches Stearin, welches aus einem Gemisch aus Stearinsäure und Palmitinsäure gebildet ist, wobei der Schmelzpunkt dieses Gemisches etwa bei 61°C liegt.

Um die Gegenstände aus porösem imprägniertem Material mit einem Block eines der genannten Schutzkörper zu umhüllen, genügt es, diesen Körper schmelzen zu lassen, die Gegenstände hier hineinzutauchen und durch Kühlung das flüssige, so erhaltene 3ad sich verfestigen zu lassen. Wenn man insbesondere auf diese We'se Gegenstände aus Holz oder Gips behandelt, so läuft man nicht Gefahr, daß diese auf eine Temperatur höher als die Siedetemperatur des Wassers erwärmt werden und daß so etwa Luftblasen in der polymerisierbaren Flüssigkeit erzeugt werden, da die Schmelzpunkte des Stearins oder der obengenannten Wachse unter 100⁰C liegen.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die polymerisi>;rbaren Flüssigkeiten, die dazu dienen, die Gegenstände zu imprägnieren, ein ebenfalls polyiiierisierbares Lösungsmittel, beispielsweise Mono- oder Divinylbenzol, und Polyester-, Acryl-, Urethan- etc. Harze umfassen, die hergestellt werden, indem man Verbindungen der allgemeinen Formel

CH₂ = C R, R₂,

worin Ri und R₂ — oder auch R| oder R₂ — diese können Wasserstoff oder ein Rest sein — mit Säuren reagieren läßt, unter denen vor allem die Maleinsäure, Fumarsäure und Phthalsäure zu nennen sind. Ausreichende Fachliteratur auf diesem Gebiet ist bekannt. Herausgegriffen seien:

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»ATOMIC RADIATION AND POLYMERS«
von A.Charlesby und
»RADIATION CHEMISTRYOF
POLYMERIC SYSTEMS«
von Adolphe C h a ρ i r o.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu begrenzen. Hierbei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen

Fig. 1 perspektivisch einen Holzbalken, der imprägniert werden soll, darstellt;

F i g. 2 zeigt perspektivisch — Teile wurden fortgelassen — einen Korb zur Aufnahme der Holzbalken nach F i g. 1 und

F i g. 3 zeigt ebenfalls perspektivisch — Teile wurden fortgelassen — einen Behälter, in den der Korb nach Fig. 2 einführbar ist.

Beispiel 1

Die Gegenstände aus porösem Material werden aus kleinen Buchenbalken 1 (F i g. 1) gebildet, die eine Länge von 300 mm, eine Breite von 40 mm und eine Dicke von 90 mm aufweisen. Diese kleinen Balken, die durch Zwischenplättchen 2 (Fig.2) aus Paraffinkarton oder aus einem Polväthylengitter getrennt sind, werden in durchbrochenen Körben 3, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, angeordnet, die man so einführt, daß die Buche in einer Kammer entgast bo wird, die unter vermindertem Druck von einem Wert zwischen 5 und 10 mm Quecksilbersäure etwa eine Stunde lang gesetzt wird.

Die Kammer wird dann mit einer polymerisierbaren Flüssigkeit oder einem Gemisch polymerisierbarer iv> Flüssigkeiten gefüllt, bis die kleinen Balken untenan chen. Diese Balken müssen nun tatsächlich untergetaucht bleiben, selbst wenn sie einen Teil der Flüssigkeit absorbiert haben. Nachdem der atmosphärische Druck in der Kammer hergestellt ist, führt man in diese Kammer komprimiertes Intertgas, derart, daß ein Nutzdruck von einem Bar 18 h lang etwa aufrechterhallen wird und die Buche durchgehend imprägniert wird. Die Körbe werden dann aus der Kammer herausgezogen, eine halbe Stunde lang abtropfen gelassen und werden dann in Behälter 4 (Fig. 3), vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, eingeführt, wobei diese Behälter im oberen Teil offen sind und im unteren Teil mit einem Schieberventil oder einem Entleerungsorgan 5 versehen sind.

Erfindungsgemäß schüttet man in diese Behälter, bis die kleinen Balken überdeckt sind, ein Paraffinbad mit einem Schmelzpunkt zwischen 35°C und 50°C, welches auf eine Temperatur höchstens gleich 100°C gebracht wurde. Man muß nämlich verhindern, daß die Buche in Kontakt mit dem Paraffin bei einer Temperatur gebracht wird, die über dem Siedepunkt des Wassers liegen würde, da man sonst Gefahr läuft, Luftblasen in der polymerisierbaren Flüssigkeil zu erzeugen.

Das Paraffinbad wird dann zu einem die kleincii Balken umgebenden Block verfestigt, entweder, daß man in natürlicher Weise die Behälter sich abkühlen läßt oder daß man sie in Wasser taucht.

Man setzt schließlich diese Behälter einer Strahlungsdosis von einem Wert gleich 2 megarad, das sind etwa 100 000 rad pro Stunde, in einer Vorrichtung aus, die eine Gammastrahlen aussendende Radionuklidquelle aufweist, nämlich: Cobalt-60, Cäsium-137, bestrahlte, aus einem Kernreaktor stammende Brennstoffelemente etc.

Die Wirkung der Bestrahlung besteht in einer Erwärmung des Blockes 6, der Balken 1, des Korbes 3 und des Behälters 4 und auch darin, unter Wärmefreisetzung die die Buche imprägnierende Flüssigkeit zu polymerisieren. Hieraus folgt, daß das Paraffin in den flüssigen Zustand zurückgeführt wird und so vermieden wird, daß die kleinen Balken eine übermäßige Erwärmung erleiden, die in der Lage wäre, sie zu verformen und eine Verdampfung der polymerisierbaren Flüssigkeit hervorzurufen. Darüber hinaus ist die Wirkung des Blockes 6, sei es, daß er sich im festen Zustand oder im flüssigen Zustand befindet, darin zu sehen, die Strjhlungsdosis zu regeln.

Nach dieser Bestrahlung zieht man die Körbe aus den Behältern zurück, das geschmolzene Paraffin wird über das Ventil 5 abgezogen. Die bestrahlten Blöcke werden beispielsweise in Elementen mit einer Länge von 300 mm, einer Breite von 40 mm und einer Dicke von 5 bis 6 mm derart geschnitten, daß Parkettstäbe sich herstellen lassen. Nach einem Schleif- oder Hobelvorgang sind diese Elemente gleichzeitig härter, verschleißfester und weisen ein besseres Aussehen als nichtbehandelte Elemente auf.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß es möglich ist, als polymerisierbare Imprägnierungsflüssigkeit das obengenannte Gemisch zu verwenden, welches an Gewichtsanteilen enthält:

20 Teile Styrol,
10 Teile Methylmethacrylat,
10 Teile Acrylnitril und

60 Teile eines organischen Harzes, welches hergestellt wird aus:

12 Mol 1,3-Propandiol, auch Propylenglykol

genannt,

5 Mol Maleinsäureanhydrid und
5 Mol Phthalsäureanhvdrid

oder auch aus proportionalen Mengen. Diesem Harz wird vorzugsweise Hydrochinon oder ein Körper auf der Basis von Hydrochinon mit einem Gewichtsanteil zwischen 0,01 % und 0,1 % zugesetzt.

Man kann das aus den Behältern abgezogene Paraffin wiedergewinnen, bis es eine Strahlungsdosis von 3 ■ 10⁸rad aufgenommen hat, wodurch die Kosten des erfindungsgemäßcn Verfahrens herabgesetzt werden können.

Beispiel 2

Die Parkettstäbe nach Beispiel 1 werden aus Brettchen oder Leisten aus Strandkiefer hergestellt, die eine Länge von 500 mm und eine Breite von 100 mm sowie eine Dicke von 13 mm aufweisen. Diese Brettchen werden in den durchbrochenen Körben 3 angeordnet, diese Körbe werden nach Imprägnierung der Strandkiefer unter den gleichen Bedingungen wie nach Beispiel 1 in das Innere der Behälter 4 eingeführt; zu dem in die Behälter geschütteten Paraffin — bei einer Temperatur höchstens gleich 100°C — wird ein mineralisches, pflanzliches oder tierisches Wachs derart zugesetzt, daß der Schmelzpunkt des Blockes bis oberhalb 55°C erhöht wird. Hieraus folgt, daß, setzt man die Behälter der Strahlungsdosis von 2 megarad aus, der Block 6 fest bleibt und die umhüllten Brettchen oder Leisten in diesem Block nicht Gefahr laufen, sich zu verformen.

Nach Bestrahlung bringt man die Gesamtheil der Körbe und Behälter in eine beheizte Kammer bei einer Temperatur, die vorzugsweise gleich 100^cC ist, um die Körbe aus den Behältern herausziehen zu können und das Paraffin und das Wachs ablassen zu können. Die Brelichen oder Leisten werden dann in Richtung ihrer Dicke in zwei Elemente halbiert, die eine Länge von 500 mm, eine Breite von 100 mm und eine Dicke von 5 mm aufweisen, wobei diese Elemente dazu dienen, die Parkettstäbe herzustellen.

Es ist also möglich, das Paraffin völlig durch Stearir oder durch ein mineralisches, pflanzliches oder tieri sehes Wachs von einem Schmelzpunkt höher als 55°C zu ersetzen; geht man aber so vor, so erhöht man die Kosten des die Brettchen oder Leisten umhüllender Blockes.

Beispiel 3

Die Gegenstände aus porösem Material bestehen au: Gipsformkörpern mit einem Volumen von etwa einen Liter. Diese in den Körben 3 angeordneten Formkörper die aufgrund der Zwischenplatten 2 getrennt sind werden entgast und imprägniert, wie in Beispiel 1 beschrieben; die polymerisierbar Flüssigkeit ist jedocl aus Methylmethacrylatmonomeren gebildet, welchu einen Gewichtsanteil von 15 ppm Hydrochinonmono mcthyläther enthalten.

Wie nach Beispiel I sind die Körbe in die Behälter< gesetzt, wo man das Paraffin, dessen Schmelzpunk zwischen 35°C und 50^cC liegt, eingießt; dann werden si< einer Strahlungsdosis von 1,5 megarad, in de Größenordnung von 100 000 rad pro Stunde, in der di< Radionuklidquelle aufweisenden Vorrichtung ausge setzt. Diese Strahlungsdosis bewirkt, daß das Paraffii geschmolzen wird und daß es so möglich wird, di< Körbe aus den Behältern herauszuziehen.

Die Formkörper aus Gips weiden dann, um von Paraffin befreit zu werden, in eine Kammer, die auf ein« Temperatur in der Größenordnung von 8O⁰C bis 100°( erwärmt wird, und in ein Bad aus Trichloräthylen Terpentinöl oder aus Terpentinersatz gegeben.

Nach der erfindungsgemäßen Behandlung weisen dii Formkörper, die härter und schlagbeständiger als di< nichtbehandellen Körper sind, den Vorteil auf, daß si< nicht mit Tinte befleckt werden können, wobei diesi Tinte sofort mit kaltem Wasser sich abwaschen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren von Gegenständen aus Holz, Gips oder einem porösen Material, insbesondere langgestreckter Form, mit einer polymerisierbaren Flüssigkeit oder einem Gemisch polymerisierbarer Flüssigkeiten unter Polymerisieren der polymerisierbaren Flüssigkeit durch Bestrahlen unter Luft- oder Sauerstoffausschluß, durch Überziehen der Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände in ein Bad mit flüssigem Wachs getaucht werden und das Bad anschließend zu einem Block verfestigt wird, der dann bestrahlt wird. '⁵

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wachs mit pusreichend hohem Schmelzpunkt eingesetzt wird, um den Wachsblock während der Bestrahlung im wesentlichen im festen Zustand zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem verwendeten Wachs Bienenwachs oder als pflanzliches Wachs Carnauba-Wachs zugesetzt wird.

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