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verfahren zur Isolierung verleimter Holztragewerke gegen
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Feuchtigkeit Verleimte Holztragewerke ("HolzleImbinder") werden gewöhnlich
im Normklima (20 OC; 65 ,0 Luftfeuchte, entsprechend etwa 12 S Holzfeuchte bei Fichtenholz)
hergestellt, um eine ausreichende Maßhalti0keit zu erreichen. Nach der Herstellung
müssen die Bauteile über mehr oder weniger lange Wegstrecken zur Baustelle transportiert
werden, werden im Freien gelagert und sind auch während der Rohbauphase der Witterung
ausgesetzt; hierdurch erhöht sich die Holzfeuchte i.a. sehr schnell und führt damit
zu Dimensionsänderungen, so daß die Maßhaltigkeit schließlich verlorengeht. Ist
das Bauteil unter Dach, so setzt eine schnelle Rücktrocknung ein. Dabei kann es
im Holz zu Rißbildungen und zum Aufgehen von Leimfugen kommen.
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Auch später ragt ein Teil der Leimbinder aus den Innenräumen ins Freie
hinaus und ist dadurch weiterhin der Witterung ausgesetzt. Insbesondere die Kopfenden
und damit das Hirnholz sind einer starken Feuchtebeanspruchung ausgesetzt, so daß
die Leimbinder sich mehr oder weniger verziehen können.
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Handelsübliche Holzschutzöle, Lasuren und Lacke, z.B. auf Alkydharzbasis
vor dem Transport aufgetragen, bewirken zwar eine Verringerung dieser Einflüsse;
ihre Wirksamkeit L
reicht jedoch nicht aus, um Schäden auszuschließen.
Die me-5 chanische Belastbarkeit ist außerdem nicht allzu groß.
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Auch Anstriche auf Dispersionsbasis mit hohem Bindemittelgehalt können
die Feuchteschwankungen herabsetzen. Je besser jedoch der Feuchteschlltz ist, um
so größere Schwierigkeiten ergeben sich bei Nachanstrichen mit dem gleichen Material;
es lassen sich keine geschlossenen Filme mehr erzielen. Auch bei Voranstrichen mit
bindemittelhaltigen Holzschutzmitteln, wie sie nach DIN 68 800 vorgesehen sind treten
mit diesen Dispersionen Haftungsschwierigkeiten auf.
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Es wurde nun gefunden, daß durch einen Anstrich der verleimten Tragewerke
mit einem feuchtigkeitshärtendem einkomponentigem Polyurethanharz eine wesentliche
Verbesserung des Feuchteverhaltens erzielt wird. Nach dem Anstrich-erhält man einen
geschlossenen Film, der eine Feuchteaufnahme, auch unter ungewöhnlichen Bedingungen
praktisch unterbindet, so daß sich die Holzfeuchte während des Transportes, der
Lagerung und der Rohbauphase der Leimbinder kaum verändert. Der Oberflächenschutz
ist außerdem weitgehend schlag- und abriebfest. Natürlich sind unter "Anstrich"
auch andere Arten des Aufbringens, wie Spritzen oder Tauchen zu verstehen.
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Es wurde festgestellt, daß auch bei längerer Bewitterung erfindungsgemäß
beschichteter Bauteile die Holzfeuchte nurmehr in der Größenordnung von etwa 1 %
schwankt, so daß auch bei den frei verbauten, d.h. bewitterten Teilen, insbesondere
an den HirnholzRlachen, ein ausreichender Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit
besteht. Trotz des dichten Films wird andererseits vorhandene Feuchtigkeit im Holz
relativ schnell wieder abgegeben.
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Als feuchtigkeitshärtende, einkoponentige Polyurethane eignen sich
die auch als Polyurethan-Präpolymere bezeichneten Harze, die durch Umsetzung von
Polyätherpolyolen mit überschüssigen mehrwertigen Isocyanaten erhalten werden und
die bei einem ausreichend hohen Molekulargewicht noch freie Isocyanat-Gruppen -
i.a. mindestens 2 Moläquivalente je Mol Harz enthalten und mit Wasser härtbar sind.
Solche Harze sind z.B. in der DE-AS 20 458 52 beschrieben. Sie sind auch handelsüblich
und werden bevorzugt zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen, Textilhilfsmitteln,
aber auch für Anstrichzwecke bei Wänden, Fußböden, Sportgeräten usw. verwendet.
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Wie bereits dargelegt wurde, werden die isocyanatgruppenhaltigen Präpolymeren,
die einen NCO-Gehalt von 5 bis 25 Gew.-, vorzugsweise von 10 bis 20 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des Präpolymeren besitzen, durch Umsetzung von vorzugsweise aromatischen
Polyisocyanaten mit Polyolen oder Polyolmischungen hergestellt.
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Als aromatische Polyisocyanate seien beispielhaft genannt: Mischungen
aus Toluylendiisocyanaten, wie 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanaten und Di-
und Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanaten (roh-MDI). Vorzugsweise verwendet wird
eine Mischung aus Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanaten (roh-MDI) mit einem Gehalt
an Diphenylmethan-diisocyanat-isomeren von 90 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 80
bis 50 Ge.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung.
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Als Polyole werden di- bis octafunktionelle, vorzugsweise tri- bis
tetrafunktionelle Polyester- und/oder vorzugsweise PolyEtherpolyole mit Hydroxylzahlen
von 40 bis 500, vorzugsweise von 40 bis 200 verwendet.
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geeignete Polyesterpolyole, die Molekulargewichte von 500 5 bis 5000,
vorzugsweise von 1000 bis 4000 besitzen, können beispielsweise aus Polycarbonsäuren,
vorzugsweise Dicarbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen hergestellt werden. Genannt
seien beispielhaft Polycarbonsäuren, wie Glutarsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure,
Isophthalsäure, Terephthalsäure, und vorzugsweise Bernsteinsäure und Adipinsäure.
Beispiele für mehrwertige Alkohole sind Äthylenglykol, 1,3- und 1,2-Propandiol,
1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Diäthylenglykol, Dipropylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan
und Pentaerythrit.
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Vorzugsweise verwendet werden jedoch Polyätherpolyole mit Molekulargewichten
von 500 bis 5000, vorzugsweise von 1000 bis 4000. Die Polyätherpolyole können nach
bekannten Verfahren aus einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen
im Alkylenrest und einem bevorzugt aminogruppenhaltigem Startermolekül, das 2 bis
8, vorzugsweise 3 bis 4, aktive Wasserstoffatome enthält, hergestellt werden. Geeignete
Alkylenoxide sind beispielsweise 1,3-Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroldioxid,
und vorzugsweise Athylenoxid und 1,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln,
alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden.
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Als aminogruppenhaltige Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht:
Ammoniak, Hydrazin, Mono- und Dialkylhydrazine mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen im
Alkylrest, Guanidin gegeben'enfalls substituierte Guanidine, gegebenenfalls N-Mono,
N,N- und N,N'-dialkylsubstituierte Diamine mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen im Alkylrest,
wie Äthylendiamin, 1,2-und 1,3-Propylendiamin, Butylendiamin, Hexamethylendiamin,
2,4- und 2,6-Toluylendiami, 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diaminodiphenylmethan und Aminoalkohole,
wie Mono-, Di- und Triäthanolamin. Vorzugsweise verwendet werden als aminogrupgenhaltige
Startermoleküle Triäthanolamin, Athylendiamine, J
bialkylentriamine,
Trialkylentetraamine und niedermolekulare3 Polyäthylenamine.
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Vorzugsweise werden jedoch für die erfindungsgemäße Polyolmischung
übliche stickstofffreie Polyätherpolyole mit Molekulargewichten von 400 bis 4000,
vorzugsweise von 400 bis 2000 verwendet. Die Polyätherpolyole werden nach bekannten
Verfahren aus einem oder mehreren der oben genannten Alkylenoxiden und einem stickstofffreien
Startermolekül hergestellt. Als stickstofffreie Startermoleküle kommen beispielsweise
in Betracht: Wasser, Phosphorsäure, Polycarbonsäuren, insbesondere Dicarbonsäure,
wie Adipinsäure, Bernsteinsäure, Phthalsäure und Terephthalsäure und vorzugsweise
Polyhydroxylverbindungen, wie AthAenglykol, Propylenglykol Diäthylenglykol, Pentaerythrit,
Sorbit, Sucrose und vorzugsweise Glycerin und Trimethylolpropan. Die stickstofffreien
Polyätherpolyole können geradkettig oder verzweigt sein.
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Die Wirkung der Erfindung ist deshalb überraschend, weil an sich Polyurethanharzzubereitungen
als durchaus wasserdampfdurchlässig gelten, beispielsweise die Abgabe von Wasser
aus dem Holz nicht behindern. Bezeichnenderweise ist in einer kürzlichen Untersuchung
von P. Boettcher "Schutz von Holzleimbindern gegen Feuchtigkeitsaufnahme während
der Bauzeit in "Bauen mit Holz", Heft 7, 1977, die sogar kostspielige Epoxidharz-Lacke
einbezieht, kein Versuch mit Polyurethanharzen enthalten. Die besondere Wirkung
der Erfindung gerade hinsichtlich der Dinensionsstabilität (Maßhaltigkeit), die
bei den im Leimbinderbau meist ungewöhnlichen Abmessungen eine besondere Rolle spielt,
war daher nicht ohne weiteres zu erwarten. Dies geht auch daraus hervor, daß allgemein
bei Polyurethanharzen gewöhnlich deren hohe Elastizität und Haftfestigkeit gerührt
wird, eine Eigenschaft, die ja nur dann zum Tragen kommt, wenn sich das Substrat
leicht verzieht, quillt u.ä. j
Benutzung der Erfindung sei an folgenden
Beispielen erläutert: Beispiel 1 Für vergleichende Untersuchungen nach einem abgekürzten
Verfahren wurden aus einem mit einem üblichen Phenol-Resacinharz schichtverleimten
Fichtenholz-Binder Würfel mit einer Kantenlänge von 7,5 cm geschnitten; solche Probekörper
enthalten einen hohen Flächenanteil an Hirnholz, das besonders leicht Feuchtigkeit
aufnimmt.
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Als erfindungsgemäßes Polyurethanharz wird ein feuchtigkeitshärtendes,
ölfreies, lichtstabilisiertes Umsetzungsprodukt von (überwiegend 2,4-) Toluylendiisocyanat
mit Butandiol, Trimethylolpropan und Polypropylenglykol mit etwa 3 % Isocyanatgruppen
verwendet, wie es z.B. unter dem HandelsnamenBeckocoat 428 erhältlich ist. Das Harz
liegt als übliche Lösung vor.
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Die Probekörper werden in der nachstehend geschilderten Weise mit
verschiedenen überzügen bzw. Imprägnierungen versehen; die Probeserien I, III und
V sind erfindungsgemäße Behandlungen; II, IV und VI dienen dem Vergleich.
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Nach Anstrich und Trocknung wurden die Probekörper, ausgehend von
10 % Holzfeuchte, unter Wasser gelagert. Die Anderung der Holzfeuchte in Abhängigkeit
von der Zeit wurde durch Wägung bestimmt, Folgende Behandlungsarten wurden gewählt:
I 2 Anstriche des erfindungsgemäßen Feuchteschutzmittels Polyurethanharz ca. 45
3 in Xylol/Athylglykolacetat, jeweils 150 g/m2
iI üblicher Anstrichaufbau
1 x handelsüblicher Imprägniergrund (Tauchen) 2 x handelsübliche Lasur, wasserdampfdurchlässig,
Lösung mit 10-20 S Feststoff.
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III a) Ans trichaufb au wie II b) zusätzlich zwei Anstriche des erfindungsgemäßen
Feuchteschutzmittels (Polyurethanharz wie I) IV a) handelsüblicher Imprägniergrund
gemäß DIN 68 800 (Tauchen): 150 g/m2 b) zusätzlich 2 Anstriche eines handelsüblichen
Alkydharzlackes V a) handelsüblicher Imprägniergrund gemäß DIN 68 800 (Tauchen):
ca, 150 g/m2 b) zusätzlich 2 Anstriche des erfindungsgemäßen Feuchteschutzmittels
(Polyurethanharz wie I) VI ohne Behandlung
Tabelle: Änderung der
Holzfeuchte in Abhängigkeit der Zeit
| Zeitdauer (Tage) Rücktrocknung +) |
| System 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 |
| I 10,0 12,50 14,63 20,74 22,81 26,48 22,24 21,24 19,06 15,53 |
| II 10,0 22,00 27,00 42,78 50,56 61,28 39,76 26,44 17,48 10,80 |
| III 10,0 10,69 11,47 14,22 15,25 17,51 16,98 16,46 15,89 14,61 |
| IV 10,0 15,45 19,15 26,17 30,00 37,50 28,25 23,10 18,02 12,35 |
| V 10,0 11,15 12.55 15,77 17,12 20,01 17,92 16,81 15,99 15,03 |
| VI 10,0 57,11 60,51 88,08 93,89 100,55 71,09 48,40 24,76 10,91 |
+) nach 12 Tagen wurden die Probekörper bei 20 °C und 40 % Luftfeuchte zurückgetrocknet
Die gemessenen Werte sind Mittelwerte aus drei Parallelmessungen.
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beispiel 2 Schichtverleimte Fichtenholzquader (Leinfugen parallel
zur Breitseite; Faserrichtung entlang der Längsseite) von 10 x 20 x 50 cm Außenmaß
werden mit den in Beispiel 1 unter III, IV und V beschriebenen Schutzanstrichen
versehen, wobei III und V wiederum eine erfindungsgemäße Behandlung bedeutet; zusätzlich
wird ein Probekörper VII zum Vergleich lediglich mit 150 g/m2 handelsüblichem Imprägniergrund
versehen. Probekörper VI ist unbehandelt.
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Die Lagerung erfolgte in der Zeit von April bis Juli 1977 auf einem
Prüfstand im Freien in Sinzheim/Baden.
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Die jeweils aus 3 Parallelproben ermittelten Feuchteschwankungen sind
in der Figur angegeben. Es stellt sich nach Behandlung mit dem erfindungsgemäßen
Feuchteschutz eine Holzfeuchte von ca. 13 + 0,5 g ein, die sich auch bei längeren
Regenperioden nicht verändert. Spätere Kontrollmessungen zeigen die gleichen Werte
(nach 6 Monaten System III 13,3 %; System V - 13,5 %).
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Die Holzfeuchte der Vergleichsproben schwankt dagegen zwischen 15
und 30 % im entsprechenden Zeitraum.
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Die Probekörper gemäß V und VI wurden nach 3-monatiger Lagerung, als
sich ein etwa durchschnittlicher Feuchtegehalt eingestellt hatte, vermessen, wobei
c die Länge, b die Breite und a die Höhe bedeuten (50 x 20 x 10 cm). Die Längenänderungen
in den drei Dimensionen betrugen bei den unbehandelten Körpern 1,0 bzw. 5,8 bzw.
1,4 mm; bei den behandelten Proben war keine Maßänderung feststellbar.
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Die gleichzeitige Bestimmung der Holzfeuchte ergab bei den behandelten
Proben einen Feuchtigkeitsgehalt von 13 %, bei den unbehandelten Proben von 20 %.
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Zeichn.