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Verfahren zur Behandlung von Holz.
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Aus der deutschen Patentschrift 1 492 511 ist ein Verfahren zur Behandlung
von Holz bekannt, das eine Imprägnierung mit einer wäßrigen Schutzmittel enthaltenden
Lösung und eine anschließende Behandlung in warmem hochsiedenden bl unter Vakuum
umfaßt. Die Imprägnierung ergibt einen Schutz gegenüber Holzzerstörern wie Fäulnis
und Insekten und die blbehandlung führt zu einer schnellen milden Trocknung und
einem Oberflächenschutz gegenüber Feuchtigkeit, Rißbildung usw.. Ist das Ol pigmentiert,
so wird das Holz gefärbt. Dieses Verfahren ermöglicht somit eine schnelle, milde
und Allround-Behandlung des Holzes.
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Die Durchführung des Verfahrens wird durch die Tatsache erleichtert,
daß das Ol und das Wasser (die Schutzmittellösung) nicht mischbar sind. Die Verdampfung
des Wassers aus dem Holz ist auf diese Weise leichter gemacht.
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Versuche haben jedoch ergeben, daß ein ähnliches Verfahren unter bestimmten
Bedingungen sogar dann durchgeführt werden kann, wenn ein organisches Lösungsmittel,
das in dem hochsiedenden Ol löslich ist, als Verdünnungsmittel für das Schutzmittel
verwendet wird. Unter welchen Bedingungen ein derartiges Verfahren durchgeführt
werden
kann, soll nachfolgend beschrieben werden.
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Zunächst sollen die wesentlichen Merkmale des neuen Verfahrens beschrieben
werden. Es schließt sich eine genauere Erörterung mit Erklärungen der verschiedenen
Verfahrensschritte an.
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Das neue erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Imprägnierung
des Holzes mit einem in einem verdampfbaren organischen Lösung mittel gelösten Schutzmittel
aus. Es wird in einer Behandlungsvorrichtung im allgemeinen in einem Eisenzylinder
durchgeführt.
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Danach wird die Lösung aus dem Zylinder ausgetragen und ein hochsiedendes
Öl eingebracht. Das Öl wird gleichzeitig mit der Aufrechterhaltung eines Vakuums
in dem Behandlungszylinder warm gehalten. Unter diesen Bedingungen verdampft (siedet)
das Lösungsmittel aus dem Holz rasch. Die Lösungsmitteldämpfe werden kondensiert
(abgekühlt) und für die weitere Verwendung gewonnen.
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Das warme Öl wird danach - noch unter aufrechterhaltenem Vakuum -aus
dem Behandlungszyllnder entfernt und die Behandlung des Holzes in dem Zylinder kann
als abgeschlossen angesehen werden.
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Durch das eingebrachte Schutzmittel hat das Holz einen Schutz gegenüber
zerstörenden Organismen erhalten und weiterhin durch das in die äußeren Schichten
des Holzes eingebrachte Öl einen Oberflächenschutz gegenüber Luft und Feuchtigkeit.
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Es soll nun auf die verschiedenen Verfahrensstufen eingegangen werden.
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Die Schutzbehandlung wird vorzugsweise unter Druck in einem Eisenzylinder
durchgeführt. Um eine möglichst geringe Lösungsmittelmenge aus dem Holz während
der folgenden Periode verdampfen zu müssen, wird bevorzugt eine Behandlungsmethode
der "leeren Zellen" wie die Rueping- oder Lowry-Methode verwendet. Hierbei nimmt
die schwedische Kiefer ca. 80 bis 150 Liter der Lösung Je Kubikmeter anstelle von
300 Litern auf, die bei derMethode "der vollen Zellen eingebracht werden. Sämtliche
der drei genannten Methoden ergeben eine gute Verteilung der Schutzmittel
in
dem Holz. Die Menge des in das Holz eingebrachten Schutzmittels ist die gleiche
und hängt nicht von der verwendeten Methode ab. Wird durch die verwendete Methode
weniger Lösung eingebracht, so verwendet man eine stärkere Lösung, um die geringere
Menge an absorbierter Lösung auszugleichen.
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Bei Behandlungen auf Basis organischer Lösungsmittel kann die Methode
der "leeren Zellen" als notwendig angesehen werden.
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Hierbei wird ein teures Lösungsmittel verwendet und es stellt ein
Problem dar, den Verbrauch desselben so gering wie möglich zu halten. Durch übliche
Druckbehandlung kann das Lösungsmittel nicht zurückgewonnen werden. Nach der Behandlung,
wenn die Lösungsmittel durch Verteilung des Schutzmittels ihren Zweck erfüllt haben,
verdampfen diese auf dem Holz und gehen auf diese Weise verloren.
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Es sei bemerkt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren -bei dem
die Rueping- oder Lowry-Methode als Teil des Verfahrens empfohlen werden - die Gründe
gegenüber der Methode der "vollen Zellen" nicht so schwerwiegend sind wie bei üblichen
Druckbehandlungen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird wie gesagt das Lösungsmittel
zurückgewonnen und das Problem besteht darin, diese Rückgewinnung so einfach wie
möglich zu gestalten, was durch die Methoden der "leeren Zellen" erleichtert wird.
Wie aus den nachstehenden Ausführungen hervorgeht, sind die Kosten für die RUckgewinnung
nicht hoch.
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Diese Probleme werden zu einem großen Teil dadurch vermindert, wenn
man wäßrige Lösungen verwendet, bei denen die Kosten für das Lösungsmittel nicht
zu hoch sind.
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Um das Verfahren mit guten Ergebnissen durchführen zu können, müssen
das Lösungsmittel und das hochsiedende Öl, in denen das Holz erhitzt wird, bestimmte
voneinander verschiedene Eigenschaften aufweisen, wobei vor allem ihre Siedepunkte
oder Siedeintervalle bestimmten Anforderungen genügen müssen.
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Für das Lösungsmittel gilt folgendes.
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Das Lösungsmittel muß leicht verdampfbar sein. Im allgemeinen Jedoch
sollten nicht zu niedrig siedende Lösungsmittel verwendet werden, die feuergefährlich
sein könnten oder aus gesundheitlichen Gründen bedenklich sein könnten oder andere
Nachteile aufweisen sowie das Risiko einer Auslaugung oder anderer Möglichkeiten
eines Verlustes mit sich bringen. Es wurden extrem verdampfbare Lösungsmittel bei
der Druckbehandlung verwendet, jedoch verursachten sie beträchtliche Schwierigkeiten.
Um vernünftige Arbeitsbedingungen zu ermöglichen, sollten die Lösungsmittel in flUssiger
Form vorliegen und bei üblichen Temperaturen keinen zu hohen Dampfdruck besitzen.
Bei Siedepunkten unter und um 125° sollten sie aus Substanzen bestehen oder Substanzen
enthalten, die schwer brennbar sind oder flammverzögernde Eigenschaften besitzen.
Der Siedepunkt kann andererseits ca. 200° nicht überschreiten, da nämlich sonst
die Verdampfung des Lösungsmittels aus dem Holz, die in dem heißen hochsledenden
Öl durchgeführt wird, schwierig durchführbar sein würde. Vorzugsweise sollte der
Siedepunkt ca. 1500 betragen.
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Als Lösungsmittel sind vor allem Mineralöle mit einem begrenzten Siedebereich
verwendbar. Reine Produkte wie Toluol und Xylol können verwendet werden, jedoch
sind sie teurer. Derartige Produkte besitzen den Vorteil bei einer definierten Temperatur
abzudestillieren <zu sieden),EnthaLten sie Verunreinigungen, destillieren sie
noch innerhalb eines sehr engen Temperaturbereiches. Mit derartigen Lösungsmitteln
ist es leichter das Verfahren mit besten Ergebnissen durchzuführen und die Lösungsmittel
meist vollständig zurückzugewInnen.
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Es können schwerbrennbare Lösungsmittel wie bestimmte chlorierte Produkte
mit bestimmten Vorteilen verwendet werden. Derartige Lösungsmittel sind beispielsweise
Dichlorbenzol, Dichlorbutan,-Trichlorpropan, Tetrachloräthylen, Tetrachloräthan
und Pentachloräthan. Werden Lösungsmittel dieser Art verwendet, so können niedrigere
Siedepunkte - wie vorstehend angebeben - erhalten werden, wobei sogar eine derart
niedrig siedende Substanz wie Trichloräthylen verwendet werden kann. Es scheint
jedoch am
günstigsten zu sein, ein Mineralölprodukt zu verwenden
und dieses erforderlichenfalls mit einem flammverzögernden chemischen Mittel wie
einem chlorierten Lösungsmittel zu mischen.
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Das letztere kann im allgemeinen auf 10 bis 20 Gen.-% des Lösungsmittels
begrenzt sein.
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Als Schutzmittel können beispielsweise Penta-, Tetra- oder Trichlorphenol,
Nitrophenol, Chlornaphthalin, Kresol, Naphthol usw.
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verwendet werden. Es können jedoch auch Zirsnverbindungen, wie Tributylzinnoxyd
oder in organischen Öle lösliche Kupferverbindungen, verwendet werden. Weniger bekannt,jedoch
sehr geeignet, sind Fettsäuren wie Caprylsäure und Caprinsäure und deren Kupferverbindungen.
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In einigen Fällen können diese Mittel direkt in den Lösungsmitteln
gelöst werden. Ist die der Fall, so müssen die Mittel gelöst werden oder mit Substanzen
umgesetzt werden, die die Mittel in dem verwendeten Lösungsmittel löslich machen.
Häufig werden Tall-bl oder Naphthensäure zur Auflösung von Kupferverbindungen oder
Chlorphenol verwendet.
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Eine derartige Lösung wird wie gesagt vorzugsweise durch das Rueping-
oder Lowry-Verfahren in das Holz eingebracht. Beide Verfahren werden durch Anwendung
von Vakuum beendigt. Es ist zweckmäßig, dieses Vakuum aufrechtzuerhalten, wenn das
hochsiedende Öl in den Zylinder eingebracht wird. Wird das Vakuum aufgehoben, so
ist es erwünscht, für einen kurzen Zeitraum Luft in das Holz eindringen zu lassen,
da anderenfalls das eingeführte hochsiedende Öl durch den Luftdruck in zu hohem
Ausmaß in das evakuierte Holz eindringen kann. Die Behandlung mit dem hochsiedenden
Öl hat den Zweck, das Lösungsmittel aus dem Holz zu verdampfen und eine Oberflächenbehandlung
zu ergeben, wobei eine tiefergehende Behandlung nicht erwünscht ist, da diese zu
viel von dem kostspieligen Öl verbrauchen würde. Das Vakuum kann auch aufrechterhalten
werden, da die nachfolgende Behandlung am besten
unter Vakuum durchgeführt
wird.
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Das so in den Zylinder eingebrachte hochsiedende Öl kann die folgenden
Eigenschaften haben.
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Das Öl soll einen Siedepunkt aufweisen, der eindeutig höher ist als
derjenige des Lösungsmittels. Die beiden Flüssigkeiten können miteinander gemischt
werden, und sind die Siedepunkte nicht weit genug voneinander entfernt, so kommt
eine Mischung derselben zum Sieden, wobei eine fraktionierte Destillation stattfindet.
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Dies kann - zwar nicht theoretisch - doch praktisch vermieden werden,
wenn die Siedepunkte der beiden Flüssigkeiten weit genug voneinander entfernt sind.
Der Siedepunkt des Öls soll daher zumindest ca. 250° betragen, jedoch muß hier auch
noch ein weiterer Gesichtspunkt berücksichtigt werden. Im allgemeinen ist es beabsichtigt,
daß das Öl in der Oberfläche des Holzes verbleibt und einen dauerhaften Schutz ermöglicht.
Während der Verwendung des Holzes soll das Öl nicht verdampfen. Soll das Öl einen
derartigen Schutz ergeben, so muß es einen Siedepunkt von zumindest 300° aufweisen.
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In Abhängigkeit von den jeweIligen Gegebenheiten können verschiedene
Arten hochsiedender Öle verwendet werden. Es kann sich um ein nicht-trocknendes
Öl wie Paraffinöl oder um weniger gereinigte Öle dieses Typs, Fettsäureöle usw.
handeln. Es kann sich um trocknende Öle oder teilweise trocknende Öle wie Leinsamenöl,
Tallöl oder ein Alkydöl handeln. Es kann auch eine Mischung nicht-trocknender und
trocknender Öle sein.
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Gewünschtenfalls können Pigmente in die Öle eingebracht werden, wobei
das Holz dann gefärbt wird. Ebenso können andere Substanzen, z*B. Schutzmittel gegenüber
Blaufäule und flammverzögernde Mittel wie Trikresylphosphat und Chlorparaffine eingebracht
werden. Die üblicherweise in dem Lösungsmittel vorhandenen Schutzmittel können auch
in das Öl eingebracht werden, es können aber auch ebenso die Schutzmittel, die normalerweise
in das Öl eingebracht werden, in das Lösungsmittel eingebracht werden.
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Die Zusammensetzung des Öls oder der Ölmischung hängt von der Verwendung
des Holzes und von den zugefügten Substanzen ab.
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Beispielsweise ist die Pigmentdispergierung im allgemeinen stabiler,
wenn aromatische Substanzen in dem Öl vorliegen oder es können trocknende Öle in
der Ölmischung vorhanden sein, wenn Pigmente verwendet werden oder es sollte der
Trocknungsgrad der Öle begrenzet sein, wenn das Öl den Bewegungen (Schrumpfung und
Quellung) des Holzes ohne Rißbildung folgen soll. Im allgemeinen liegt zumindest
zu einem Teil ein trocknendes Öl vor, Jedoch kann in den Fällen, bei denen lediglich
ein Oberflächenschutz gegenüber Luft und Feuchtigkeit erforderlich ist, ausschließlich
ein nicht-trocknendes Öl verwendet werden.
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Wie vorstehend ausgeführt wird das hochsiedende Öl in den Behandlungszylinder
geeigneterweise unter Aufrechterhaltung des Vakuums eingebracht. Das Öl wird nun
warm gehalten. Das Erhitzen kann auf verschiedene übliche Arten erfolgen, durch
Rohre in dem Zylinder oder einenMantel,der den unteren Teil des Zylinders bedeckt
und durch den ein Wärmemedium wie Wasserdampf oder eine heiße Flüssigkeit geführt
wird. Die Erhitzungstemperatur - die Temperatur des Öls - kann normalerweise zwischen
60 und 1100 variiieren.' Vorzugsweise wird sie um 800 gehalten.
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Das angewendete Vakuum sollte hoch sein, wobei ein Druck von 200 mm
Hg oder weniger angewendet wird. Zu Beginn der Verfahrensstufe kann eine niedrigere
Temperatur und/oder niedrigeres Vakuum angewendet werden, um die sehr schnelle Verdampfung
des Lösungsmittels während dieser Verfahrensstufe einzuschränken.
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Nun verdampft aufgrund des Vakuums das Lösungsmittel rasch aus dem
Holz. Das Holz wird auf diese Weise von dem Lösungsmittel "getrocknet". Auch wenn
hier nicht die gleichen idealen Destillationsbedingungen vorliegen, wie es bei der
Verwendung einer wäßrigen Lösung bei der Imprägnierung der Fall ist, so haben die
Versuchsergebnisse gezeigt, daß die Bedingungen ziemlich gut sind und eindeutig
besser als es zu erwarten war. Dies hängt größtenteils von der vorstehend erörterten
breiten Differenz zwischen den Siedepunkten des Lösungsmittels und der oele ab.
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Ein weiterer wesentlicher Tatbestand ist, daß das Lösungsmittel eine
niedrige Verdampfungswärme besitzt. Im allgemeinen beträgt diese höchstens 1/5 derjenigen
von Wasser. Dies ist gleichbedeutend mit einer rascheren Destlllation,einem geringeren
Wärmeverbrauch und einer einfacheren Kühlung bei der späteren Kondensation und Rückgewinnung.
Im allgemeinen kann Holz von 25 mm Dicke in ca. 4 Stunden nahezu vollständig durch
Trocknung von dem Lösungsmittel befreit werden, wobei bei einer Dicke von 50 mm
5 bis 6 Stunden erforderlich sind.
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Die Tatsache, daß das Lösungsmittel und das Öl ineinander löslich
sind und theoretisch eine schlechtere Bedingung für die Destillation des Lösungsmittels
aus dem Holz gegeben ist, wird somit in der Praxis durch geschickte Auswahl der
Lösungsmittel und des Öls, durch die Tatsache, daß das Lösungsmittel eine geringe
Verdampfungswärme besitzt und durch zweckmäßige Arbeitsbedingungen ausgeglichen.
Nachstehend wird ein weiterer Vorteil erörtert.
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Das Lösungsmittel kann nahezu vollständig aus dem Holz abdestilliert
werden. Während dieses Destillationsverfahrens ist ein Teil des Lösungsmittels in
dem Holz gelöst. Von dem Öl wird das Lösungsmittel nachfolgend abdestilliert. Es
ist einige Zeit erforderlich bis das Öl von dem Lösungsmittel frei ist, insbesondere
von den letzten geringen Mengen. Daher wird das Verfahren im allgemeinen so ausgeführt,
daß etwas Lösungsmittel in dem Öl verbleibt. Diese Menge ist ziemlich gering und
konstant, wobei sich ein Gleichgewicht einstellt, wenn das Verfahren in sich wiederholenden
Zyklen durchgeführt wird. Bei den vorstehend genannten Siedepunktintervallen ist
es ziemlich leicht, am Ende des Verfahrens das Öl durch Destillation praktisch frei
von Lösungsmittel zu erhalten.
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Wie vorstehend erwähnt wird das Lösungsmittel zurückgewonnen.
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Dies wird am besten durch Kühlung erreicht. Dieses Verfahren ist einfach,
da die Verdampfungswärme gering ist. Als Kühlmedium
können Wasser
und sogar Luft verwendet werden. Der Kühler wird vorteilhafterweise zwischen den
Behandlungszylinder und die Vakuumpumpe eingebracht. Auf diese Weise ist die Beladung
der Pumpe niedrig, da sie keine Dämpfe auszutragen hat.
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Die Gewinnung des Lösungsmittels ist natürlich von großer Bedeutung,
da das Lösungsmittel teuer ist. Das Lösungsmittel kann wiederholte Male in der Form,
in der es zurückgewonnen wird, verwendet werden. Im allgemeinen gehen keine speziellen
auflösenden Mittel verloren. Bei der Durchführung der Imprägnierung mit einer wäßrigen
Lösung ist die Sachlage in dieser Hinsicht anders, da die speziellen die Schutzmittelchemikalien
auflösenden Mittel nicht zurückgewonnen werden. Derartige nicht-zurückgewonnene
auflösende Mittel können Ammoniak, Kohlendioxyd und Chromverbindungen sein. Es ist
somit ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben.
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Während der Destillationsperiode vermittelt das warme Öl der Oberfläche
des Holzes eine sorgfältige Behandlung. Es sei bemerkt, daß das Holz während mehrerer
Stunden bei erhöhter Temperatur durch das Öl behandelt werden kann und, daß das
gesamte Ol- für das Holz nutzbringend eingesetzt wird. Die Wärme führt dazu, daß
das Öl während der Behandlung eine niedrige Viskosität besitzt, wobei es sich nicht
um ein Verdünnungsmittel handelt, das später verdampft und verloren geht. Die Behandlung
ist somit wirkungsvoller als ein üblicher Anstrich und führt dazu, daß die Holzoberfläche
zumindest fünfmal soviel Öl aufnimmt als bei einem Anstrich.
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Nachdem das Verfahren wie beschrieben durchgeführt worden ist, wird
es beendigt. Dies kann in der Weise durchgeführt werden, daß das Öl aus dem Zylinder,
der das Holz enthält, abgepumpt wird.
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Während dieses Verfahrens muß das Vakuum aufrechterhalten werden,
da anderenfalls der äußere Luftdruck zuviel des teuren Öls in das Holz treiben würde.
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Wie vorstehend erwähnt, stellt das in der Holzoberfläche verbleibende
Öl einen Schutz gegenüber Luft und Feuchtigkeit dar.
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In den Fällen, in denen Pigmente in das Öl eingebracht worden sind,
wird das Holz gefärbt. Im allgemeinen wird eine Nettoretention des Öls von ca. 40
kg Je Kubikmeter Holz erhalten, wenn Bretter von 25 mm Dicke behandelt werden. Dünneres
Holz mit einer größeren Oberfläche absorbiert mehr und dickeres weniger Je gutikmeter.
Nach der Entnahme des Holzes aus dem Zylinder ist dessen Behandlung beendigt und
es ist verwendungsbereit. Wurden trocknende Öle verwendet, so können einige Tage
Lagerung erforderlich sein, damit sich die Öle verfestigen.
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Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
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Beispiel Es wurden insgesamt 4,3 cbm Kiefernbretter von ca. 4 m Länge
und einer Fläche von 25 x 100 mm behandelt.
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Die Behandlungslösung enthielt ein Mineralöl als Lösungsmittel, das
zwischen 150 und 1650 siedete. Als Schutzmittel wurde Pentachlorphenol in dem Lösungsmittel
mit Hilfe von etwas Tallöl in einer Menge von 3 Gew.- gelöst.
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Für die Behandlung wurde das Lowry-Verfahren angewendet. Die Schutzmittellösung
wurde dementsprechend in das Holz durch An-2 wendung eines Druckes von 8 kg Je cm
während eines Zeitraumes von 90 Min. eingebracht. Dann wurde die Lösung entfernt
und ein hohes Vakuum während 30 Min. angewendet, wobei ein Teil der Schutzmittellösung
aus dem Holz herausgetrieben wurde.
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Durch Aufrechterhaltung des Vakuums wurde ein hochsiedendes Öl in
den Zylinder eingebracht. Es bestand aus gleichen Teilen Leinsamenöl und eines hochsiedenden
Öles vom Paraffintyp. In der Ölmischung waren organische grüne Mikrolithpigmente
tCiba) dispergiert.
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Die Behandlung mit dem hochsiedenden Öl wurde bei 600 begonnen.
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Nach 60 Min. hatte sich die Temperatur auf die Endtemperaturvon
800
erhöht. Der Behandlungszeitraum dauerte insgesamt 4 Stdn.
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und 15 Min.. Das Vakuum wurde bei ca. 100 mm Hg gehalten.
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Während des Behandlungszeitraumes wurden insgesamt 650 1 Lösung mittel
verdampft. Es wurde kondensiert und zurückgewonnen. Das Holz wurde aus dem Zylinder
entnommen und war praktisch von dem Lösungsmittel frei.
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Es sei bemerkt, daß nach 2-stündiger Destillation eine Menge von ca.
4 % Lösungsmittel in dem hochsiedenden Öl bestimmt wurde.
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Das behandelte Holz besaß eine rote Farbe und einen Oberflächenschutz
durch das hochsiedende Öl. Nach einigen Tagen hatte sich das Leinsamenöl verfestigt
und die Holzoberfläche war antrocken und ergab bei der Handhabung des Holzes keine
Olstörungen.