DE2522567C2

DE2522567C2 - Verfahren zum Härten von in Holz enthaltenem Kunststoff-Rohmaterial

Info

Publication number: DE2522567C2
Application number: DE2522567A
Authority: DE
Inventors: Heikki Kemi Pentti
Original assignee: KEMI KEMI FI Oy
Current assignee: KEMI KEMI FI Oy
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1984-12-13
Also published as: JPS50160404A; US4049850A; DE2522567A1; FI50070B; IT1044134B; FI50070C; SE412340B; SE7505817L; GB1506635A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Härten von Kunststoff-Rohmaterialien, die in Holz enthalten sind, und zwar mittels von einem aufgeheizten Medium übertragener Hitze, sowohl in Anwesenheit eines Katalysators als auch ohne Katalysator.

Die Aushärtung von solchen Kunststoffen, mit denen z. B. Holz imprägniert wird, wird häufig durch Hitze erreicht. Die Härttemperatur hängt primär von dem verwendeten Katalysator ab. Die Reaktion ist exotherm und die Temperatur im Inneren des behandelten Körpers steigt dann, wenn dieser nicht sehr dünn ist, während der Reaktion häufig in einem solchen Maße an, daß der innere Bereich dunkel wird oder sogar aufgespaltet werden kann. Es wurden bereits Anstrengungen unternommen, dies zu verhindern, wozu beispielsweise die Polymerisation in Pressen vorgenommen wurde, deren Arbeitsflächen sowohl als Zuführelemente für die Hitze als auch zur Abfuhr der Reaktionswärme dienen. Ein Nachteil bei der Verwendung von Pressen ist darin zu sehen, daß das Verfahren in der Praxis nur bei plattenförmigen Körpern durchgeführt werden kann, wobei zudem die Anschaffungs- und Unterhaltskosten der Pressen hoch sind.

Es wurden auch bereits strömende Gase zum Aufheizen und Kühlen verwendet. Dieses Vorgehen verursacht jedoch eine bemerkenswerte Verflüchtigung des Kunststoffmateriales, und zwar insbesondere von den Oberflächenbereichen des Körpers, was eine schlechte Oberflächenqualität zum Ergebnis hat.

Um einen bestimmten, optimalen Feuchtigkeitsgehalt des Holzes zu erzielen, wurde auch bereits die Wärmebehandlung in Anwesenheit von Wasserdampf vorgenommen (AT-PS 3 02 618). Die Wärmeübertragung in das mit Kunststoff imprägnierte Holz erfolgt dann jedoch langsam, was bedeutet, daß eine lange Aufheizzeit

ίο erforderlich ist. Zusätzlich werden die Verfahrenskosten bei einem solchen Vorgehen durch die Einrichtungen zur Rückgewinnung des verflüssigten Kunststoffmaterials und zur Abkühlung des Heizmittels erheblich erhöht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und billig durchzuführendes Verfahren vorzuschlagen, welches es gestattet, die vorerwähnten Mängel des bekannten Vorgehens zu vermeiden und gleichzeitig die Möglichkeit bietet, die Aushärtung rasch und mit vergleichsweise einfachen Einrichtungen durchzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung das Verfahren vorgeschlagen, welches in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist.
Das wohl wesentlichste Merkmal des Erfindungsvor-Schlages ist dabei darin zu sehen, daß die Polymerisationsreaktion dadurch eingeleitet wird, daß das im Holz enthaltene Kunststoff-Roh-Material mittels des Wasserdampfes aufgeheizt wird. Aufgrund seiner vielzähligen speziellen Eigenschaften ist Wasserdampf für diesen Zweck am besten geeignet. Seine Temperatur muß dabei wenigstens so hoch sein, daß der benutzte Katalysator eine Polymerisation des im Holz aufgenommenen Materials zu Kunststoff bewirkt. Wenn heißer Wasserdampf in einen druckfesten Reaktionskessel eingeleitet wird, in dem die imprägnierten Holzteile untergebracht sind, wird ein Teil des Dampfes sich auf der Oberfläche des Holzkörpers unter Freisetzung von Wärme zu Wasser kondensieren. Dann erhöht sich die Temperatur des imprägnierten Holzes rasch bis zu einem Punkt, wo die Polymerisationsreaktion einsetzt. Da die Reaktion exotherm verläuft, verdampft das auf der Oberfläche des Holzes kondensierte Wasser wieder zu Dampf unter Aufnahme der Reaktionswärme. Dabei kühlt sich das Holz rasch ab, weshalb keine Überhitzung stattfinden kann.

Die Reaktionszeit verkürzt sich bei einem Vorgehen nach der Erfindung im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren. Der Druck des verwendeten Dampfes kann eine oder einige Atmosphären betragen, wobei der gewählte Druck primär von dem Dampfdruck des im Holz enthaltenen Kunststoff-Roh-Materiales unter Reaktionsbedingungen abhängt. Der Druck des Dampfes sollte dabei höher als der letztgenannte Dampfdruck sein.

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind tatsächlich keine besonderen Einrichtungen erforderlich. Es kann sogar in einem druckfesten Imprägniertank durchgeführt werden. Es ist besonders wichtig, daß keine merkenswerte Verflüchtigung oder Auflösung eines Monomers auftreten kann, insbesondere wenn unter Druck stehender Dampf verwendet wird, um den Kunststoffgehalt des Holzes aufrechtzuerhalten und ein Endprodukt mit einer Oberfläche guter Qualität zu erreichen. Es ist keine Nacharbeit erforderlich. Wegen der wirksamen Kühlung ist auch nicht mit Formänderungen (Verziehen) oder Splitterung der behandelten Teile zu rechnen. Sogar ein Erzeugnis von komplizierter Formgebung behält die Maßgenauigkeit einwandfrei

bei.

Die Verwendung von Wasserdampf führt zu einem sehr sicheren Verfahren ohne Explosions- oder Brandgefahr. Es ist außerdem nur ein verhältnismäßig kleiner Raum erforderlich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Beispieles näher erläutert werden.

Beispiel

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90 cm lange und 6, 12 bzw. 25 mm dicke Bretter aus Fichte und Birke wurden im Vakuum und unter Druck mit einem Gemisch imprägniert, welches 57% Polyester und 43% Styrol sowie Benzoyl-Peroxid als Katalysator enthielt Nachdem die überschüssige Lösung von der Oberfläche der Bretter abgelaufen war, wurden diese in einen drrickfesten Behälter derart eingesetzt, daß sie sich gegenseitig nicht berührten. In einige der Bretter wurden Löcher zur Unterbringung von Thermoelementen gebohrt, um die Polymerisationsreaktion verfolgen zu können.

Nach dem Schließen des Deckels des druckfesten Behälters wurde Wasserdampf mit einem Druck von 4 bar eingeleitet. Da anfangs ein Teil des Dampfes auf den Brett-Oberflächen und den Wänden des Behälters kondensierte, vergingen etwa 10 Min. bevor auch im Kessel der Wasserdampfdruck 4 bar betrug. 15 Min., nachdem der Druck 4 bar erreicht hatte, wurde die Einleitung von Dampf in den Behälter bzw. Kessel unterbrochen.

Nach lOminütiger Einleitung von Dampf in den Kessei hatte sich die Temperatur innerhalb der Bretter auf 70 bis 80°C erhöht. Zu diesem Zeitpunkt begann die Polymerisation. Nach weiteren 10 Min. betrug die Temperatur 100°C. '/2 Stunde nach dem Zeitpunkt, an dem der Druck im Behälter auf 4 bar angestiegen war, wurde der Deckel geöffnet und die Bretter wurden aus dem Druckbehälter bzw. Kessel entnommen. Die Innentemperatur der Birkenbretter betrug dann 125° C, die der Fichtenbretter 110⁰C.

Die Temperatur einer reinen Kunststofflösung, die in ψ einem Glasbehälter aufbewahrt und zur Imprägnierung '., verwendet wurde, betrug 8 Min. nach Einleitung von

Q Dampf in den Reaktionsbehälter 76⁰C. zu welchem f^:i: Zeitpunkt die Polymerisation begann. Nach weiteren ;_:, 2 Min. erreichte die Temperatur 245°C. Der Polymeri-

ff·' sationsvorgang endete nun und die Temperatur begann ! zu sinken.

j Die Oberflächen der Bretter waren sauber und der

L. Kunststoff war gleichmäßig durch die Bretter bis zu den ^!'i'^:: Oberflächen gehärtet, von denen sich kein Monomer

verflüchtigt hatte. Es traten auch keine Aufsplitterungen i■■;' in den Brettern auf. Dies ist auf die wirksame Ableitung ifi der Reaktionswärme von den Brettern zurückzuführen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aushärten von in Holz enthaltenen Kunststoff-Roh-M: terialien mittels von einem erhitzten Medium übertragener Wärme unter Verwendung oder ohne Einsatz eines Katalysators, d a durch gekennzeichnet, daß in einen Druckbehälter, in dem die imprägnierten Teile untergebracht sind, Wasserdampf eingeleitet wird, welcher über den Siedepunkt des Wassers erhitzt ist, um die Reaktion einzuleiten, und sich unter Abgabe von Wärme wenigstens teilweise auf die Phasenübergangstemperatur oder unter diese abkühlt, und daß dann, wenn die Reaktion eingesetzt hat, die Einleitung von Wasserdampf unterbrochen wird, worauf das auf der Oberfläche des imprägnierten Materials kondensierte Wasser als Kühlmittel wirkt, das bei Aufheizung über die Phasenübergangstemperatur Reaktionswärme aufnimmt und eine Überhitzung verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenübergangstemperatur durch den Druck im Behälter entsprechend eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wasserdampfes in der Erhitzungsstufe nahe der Phasenübergangstemperatur gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf unter Atmosphärendruck oder vorzugsweise höherem Druck in Kontakt mit dem Werkstoff gebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wasserdampfes höher gehalten wird als der Dampfdruck der reagierenden Verbindungen.