DE3630139A1 - Verfahren zur herstellung von modifiziertem holzwerkstoff - Google Patents
Verfahren zur herstellung von modifiziertem holzwerkstoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung modifizierter
Holzwerkstoffe und insbesondere ein Verfahren
zur Herstellung eines modifizierten Holzwerkstoffs durch
Imprägnieren entflammbarer Naturhölzer mit einer nicht
entflammbaren anorganischen Substanz, um sie besonders
haltbar zu machen.
Der modifizierte Holzwerkstoff mit einer hohen Haltbarkeit
ist nützlich bei Verwendung als Baumaterial, Material
zum Innenausbau von Gebäuden, Möbelwerkstoff und
dergleichen, weil der Ausbruch und die sonst übliche
Ausbreitung eines Feuers durch entflammbare Hölzer
merklich unterdrückt werden kann und jeder Angriff durch
Fäulnisbakterien, Termiten oder dergleichen vermieden
werden kann.
Als Werkstoff zur Nachahmung einer eine Holzmaserung aufweisenden
Oberfläche mit holzähnlichem Aussehen wurde
bereits eine nicht entflammbare Platte vorgeschlagen, die
durch Vermischen von Zement mit Holzfasern und Härten
dieses Gemischs hergestellt wird. Diese Platte hat sich
als vorteilhaft erwiesen hinsichtlich ihrer Schwerentflammbarkeit,
die zur Unterdrückung der Ausbreitung eines
Feuers beiträgt, aber auch als nachteilig insofern, als
die Platte eine schlechtere Biegefestigkeit und Bearbeitbarkeit
als Hölzer aufwies und hinsichtlich der Nachahmung
der Holzmaserung unbefriedigend war.
Andererseits wurde ein solcher modifizierter Holzwerkstoff
vorgeschlagen, der eine hohe Biegefestigkeit, eine
recht gute Bearbeitbarkeit und das holzartige Aussehen
aufweist, um die charakteristischen Eigenschaften von
Holz wirksam in Erscheinung treten zu lassen. Hierbei
wurde ein Versuch unternommen, das Holz mit einer nicht
entflammbaren anorganischen Zusammensetzung unter vorbestimmten
Bedingungen zu imprägnieren. Mit diesem modifizierten
Holzwerkstoff tauchte jedoch das Problem auf,
daß, wenn die nicht entflammbare anorganische Verbindung
wasserlöslich ist, seine Verwendung als Baumaterial,
das Regen und Schnee ausgesetzt ist, zum Ausfließen
der löslichen Zusammensetzung aus dem modifizierten
Werkstoff führt und so den Werkstoff unbrauchbar
macht und seine Verwendbarkeit einschränkt. Wenn andererseits
die nicht entflammbare anorganische Zusammensetzung
unlöslich ist, trat das Problem auf, daß die unlösliche
Zusammensetzung nicht in demselben Maße wie die lösliche
Zusammensetzung von dem Holz aufgesogen werden kann. Es
wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß
die unlösliche anorganische Zusammensetzung gewöhnlich
einen Teilchendurchmesser von mehr als einigen µm aufweist,
während die Holztextur einen Porendurchmesser von
etwa 0,1 µm an der engsten Stelle des Schichtaufbaus,
d. h. an der sogenannten "Pit-Membran", aufweist, und die
Teilchen der unlöslichen Zusammensetzung somit nicht in
den Schichtaufbau des Holzes eingesogen werden können.
Aus der US-PS 29 19 971 ist ein Beispiel für den modifizierten
Holzwerkstoff bekannt, der keine feuerhemmenden,
sondern gegen Fäulnis schützende Eigenschaften aufweisen
soll; es wird somit ein Verfahren zur Herstellung eines
modifizierten Holzwerkstoffs in der genannten Patentschrift
gelehrt, das folgende Schritte umfaßt: Rohholz
wird in eine erste hochkonzentrierte Lösung eines Metallsulfates
wie CuSO4 oder ZnSO4 eingetaucht, zunächst
unlösliches Chromat wird unter Bildung löslichen Chromats
als einer zweiten Lösung stöchiometrisch umgesetzt,
das mit der ersten Lösung imprägnierte Holz wird in die
zweite Lösung eingetaucht, um die erste Lösung mit der
zweiten Lösung reagieren zu lassen und um in dem Holz
Teilchen von unlöslichem Chromat aus der zweiten Lösung
auszufällen, und schließlich wird eine dritte Zinksulfatlösung
mit der überschüssigen, in oder auf dem Holz zurückbleibenden
zweiten Lösung zusammengebracht, bis die
dritte Lösung mit der verbliebenen zweiten Lösung reagiert.
Gemäß dieser Patentschrift wird ein Kühlturm unter
Verwendung des so erhaltenen modifizierten Holzwerkstoffs
gebaut, welcher in gewissem Grade wasserfest ist
und möglicherweise auch gegen Fäulnis schützende Eigenschaften
aufweist, und zwar durch die in vielen feinen
Poren der Holzoberfläche ausgefällten unlöslichen Chromatteilchen,
die das Holz bedecken.
Es ist bereits bekannt, daß das Holz mit einer beträchtlichen
Chromatmenge imprägniert werden muß, um dem Holz
flammhemmende Eigenschaften zu verleihen. Doch besteht
immer noch das Problem, daß dem modifizierten Holzwerkstoff
keine ausreichenden flammhemmenden Eigenschaften
verliehen werden können, da die Chromatteilchen einen
größeren Durchmesser aufweisen als dem Spaltdurchmesser
an der engsten Stelle der Holztextur entspricht, weshalb
sie nicht ausreichend in die Holztextur eingesogen werden
können, obwohl mit dem genannten US-Patent das Ziel
erreicht wird, dem Holz nur Fäulnisbeständigkeit zu verleihen.
Durch das US-Patent bleiben noch Probleme insofern
ungelöst, als viele Stufen der Imprägnierung des
Holzes mit der anorganischen Zusammensetzung erforderlich
sind, zumal die drei Lösungen erst hergestellt werden
müssen, die erste Lösung mit der zweiten, und letztere
wiederum mit der dritten Lösung umgesetzt werden
muß, und insofern als die Verfahrensschritte zwangsläufig
weiter verkompliziert werden, weil das zunächst unlösliche
Chromat unter stöchiometrischen Verhältnissen behandelt
werden muß, um die zweite Lösung löslichen Chromates herzustellen.
Hauptziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Herstellung eines modifizierten Holzwerkstoffes zu schaffen,
bei dem ein roher Holzwerkstoff mit einem verhältnismäßig
hohen Anteil an unlöslicher anorganischer Zusammensetzung
mittels verhältnismäßig einfacher Verfahrensschritte
imprägniert wird, um dem Holz ausreichende
flammfeste Eigenschaften und außerdem eine hohe Wasserfestigkeit
zu verleihen, d. h. um dessen Feuchtigkeitsabsorption
merklich zu vermindern und seine gegen Fäulnis
und Schädlinge schützenden Eigenschaften zu verbessern, gleichzeitig
aber das Ausfließen der anorganischen Zusammensetzung
aus dem Holz mittels der Unlöslichkeit der verwendeten
Zusammensetzung zu unterdrücken und so seine Maßhaltigkeit
und somit jede zeitabhängige Veränderung in hohem
Maße zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung eines modifizierten
Holzwerkstoffs gelöst, der mit einer unlöslichen, nicht
entflammbaren Zusammensetzung durch Eintauchen eines
rohen Holzwerkstoffs in zwei Arten von Lösungen wasserlöslicher
anorganischer Verbindungen imprägniert wird,
wobei die Lösungen durch Reaktion miteinander die unlösliche,
nicht entflammbare Zusammensetzung erzeugen, und
wobei das Verfahren die Schritte des Behandelns des rohen
Holzwerkstoffs in einem ersten Bad einer ersten, Metallionen
hoher Affinität, die im Holzwerkstoff unlösliche
und nicht entflammbare Eigenschaften aufweisen, enthaltenden
Lösung sowie des Behandelns des Holzwerkstoffs
in einem zweiten Bad einer zweiten Lösung umfaßt,
die negative Ionen zur Erzeugung der unlöslichen, nicht
entflammbaren anorganischen Zusammensetzung durch Reaktion
mit den Metallionen enthält.
Erfindungsgemäß läßt man ein anorganisches, unlösliches
und nicht entflammbares Salz mit hoher Effizienz in den
rohen Holzwerkstoff eindringen, auch durch die engsten
Bereiche der Holztextur, und man dispergiert und fixiert
das Salz im Holz in Form der unlöslichen anorganischen
Zusammensetzung, so daß ein hoher Anteil von vorzugsweise
mehr als 40 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht, dieser
anorganischen Zusammensetzung in den Holzwerkstoff
durch Imprägnierung eindringt, wodurch der modifizierte
Holzwerkstoff mit hoher Unlöslichkeit, Nichtentflammbarkeit,
Maßhaltigkeit und mit ausgezeichneten gegen Fäulnis
und Schädlinge schützenden Eigenschaften erhalten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
unter Bezugnahme auf die unten beschriebenen Beispiele
im einzelnen erläutert.
Unter dem Ausdruck "flammhemmend" wird im Zusammenhang
mit der Erfindung verstanden, daß die Imprägnierung eines
entflammbaren Werkstoffes mit einem hohen Anteil
einer nicht entflammbaren anorganischen Zusammensetzung
die Entflammbarkeit des Werkstoffs merklich herabsetzt
und so zu einer Pyrolyse führt, d. h. daß der entflammbare
Werkstoff sogenannte selbstverlöschende Eigenschaften
aufweisen kann.
Der Ausdruck "modifiziert" bezieht sich auf die Verleihung
flammhemmender Eigenschaften bei einem ursprünglich
entflammbaren Holzwerkstoff, und zwar in solchem Ausmaß,
daß der modifizierte Holzwerkstoff mindestens als quasi-
nichtentflammbarer Werkstoff entsprechend den einschlägigen
Normen, beispielsweise den JIS (Japanese Industrial
Standard)-Normen, offiziell anerkannt werden kann, sowie
auf die erwünschte Verleihung maßhaltiger und fäulnis-
und insektenfester Eigenschaften.
Der Ausdruck "Holzwerkstoff" bezieht sich auf eine große
Gruppe von Werkstoffen, einschließlich roher Holzstämme,
gesägter Hölzer, geschnittener Furniere, Sperrhölzer und
dergleichen, die vorteilhaft als Baumaterial, als Materialien
zum Innenausbau von Gebäuden, als Möbelwerkstoffe
und dergleichen verwendet werden.
Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme
auf die bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen
bedeutet keine Beschränkung der Erfindung auf die
speziellen hier offenbarten Beispiele; vielmehr umfaßt
die Erfindung auch alle Abänderungen und Äquivalente, die
im Rahmen der Patentansprüche möglich sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden
ein erstes und ein zweites Bad jeweils einer von zwei
Sorten von wäßrigen Lösungen einer wasserlöslichen anorganischen
Verbindung hergestellt, um eine anorganische
Zusammensetzung mit gewünschter Unlöslichkeit und Nichtentflammbarkeit
durch Vermischen der beiden Lösungen auszufällen.
Zuerst wird ein Stück rohen Holzwerkstoffs in
das erste Bad eingetaucht und dann in das zweite Bad,
bis der Holzwerkstoff mit den Lösungen ausreichend imprägniert
ist, damit die Lösungen ausreichend durch die
Holztextur hindurch eingesogen werden und die unlösliche
und nicht entflammbare anorganische Zusammensetzung innerhalb
der Holztextur fixiert wird und so ein modifizierter
Holzwerkstoff erhalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein roher Holzwerkstoff zuerst
mit Wasser gesättigt und dann in das erste Bad eingetaucht,
wobei das Bad eine wäßrige Lösung der ersten wasserlöslichen
anorganischen Verbindung darstellt, die Metallionen
enthält, welche in dem Holzwerkstoff hohe Affinität, Unlöslichkeit
und Nichtentflammbarkeit aufweisen. Die erste
wäßrige Lösung läßt man ausreichend in den Holzwerkstoff
eindringen, bis die Lösung die inneren Poren der Holztextur
erreicht. Dann wird der mit der ersten wäßrigen Lösung
imprägnierte Holzwerkstoff in das zweite Bad eingetaucht,
das aus der wäßrigen Lösung der zweiten wasserlöslichen
anorganischen Verbindung besteht, die negative Ionen enthält,
die mit den Metallionen des ersten Bades unter Ausfällung
der unlöslichen, nicht entflammbaren anorganischen
Zusammensetzung aus der ersten Lösung reagieren. Die Eintauchzeit
und die Temperatur des zweiten Bades werden
üblicherweise auf 3 Stunden bis zu einigen Tagen bzw.
40 bis 80°C eingestellt, doch können diese Bedingungen
entsprechend der Dicke oder Größe des rohen Holzwerkstoffs
und der Menge der in der Holztextur abzuscheidenden und zu
fixierenden unlöslichen, nicht entflammbaren anorganischen
Zusammensetzung in geeigneter Weise verändert werden.
In diesem Falle sind die ersten und zweiten wäßrigen Lösungen
nicht auf solche beschränkt, die nur eine Verbindung
enthalten, vielmehr können sie ein Gemisch aus einer
Vielzahl von Verbindungen enthalten. Außerdem wird die
Löslichkeit der wasserlöslichen anorganischen Verbindung
in Wasser für mindestens eines der beiden Bäder so gewählt
oder eingestellt, daß sie den Wert 5,0 oder mehr beträgt.
Die in dem rohen Holzwerkstoff während des Eintauchens in
das zweite Bad abzuscheidenden und zu fixierenden unlöslichen
nicht entflammbaren anorganischen Verbindungen können
sein: Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Calciumhydroxid,
Calciumsulfat, Calciumsilicat, Magnesiumcarbonat, Magnesiumphosphat,
Magnesiumhydroxid, Magnesiumammoniumphosphat,
Magnesiumsilicat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumphosphat,
Aluminiumsilicat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Bariumphosphat,
Zinkphosphat oder dergleichen.
Als erste und zweite anorganische Verbindungen, die miteinander
unter Ausfällung unlöslicher nicht entflammbarer
anorganischer Verbindungen reagieren, können die in der
nachfolgenden Tabelle I in der ganz rechten Spalte aufgeführten
Verbindungen verwendet werden. Dabei können jeweils
eine oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der in jeder
Gruppe von ersten und zweiten anorganischen Verbindungen
enthaltenen Verbindungen zur Ausfällung der jeweils zugeordneten,
am linken Rand der Tabelle I aufgeführten unlöslichen
Verbindung für jede der zwei Lösungen verwendet
werden:
Praktische Beispiele für diese Ausführungsform der Erfindung
werden nachfolgend erörtert:
Eine gesättigte wäßrige Natriumcarbonatlösung wurde in
ein erstes Bad gebracht, eine einzelne Lage einer 1 mm
dicken Platte aus japanischer Zeder wurde in das erste
Bad eingetaucht, und das Bad wurde vermindertem Druck
unterworfen, um die Platte mit Natriumcarbonat zu imprägnieren.
Dann wurde die mit Natriumcarbonat imprägnierte
Platte in ein zweites Bad aus einer gesättigten Calciumchloridlösung
getaucht, das auf eine Temperatur von 50°C
erhitzt war, und wurde dort 5 Stunden lang eingetaucht
gelassen. Anschließend wurde die Platte aus dem zweiten
Bad herausgenommen und getrocknet, wobei man eine modifizierte
Einzelschicht-Holzplatte erhielt.
Eine Platte gleicher Art wurde in gleicher Weise behandelt,
wie in Beispiel 1 beschrieben, außer daß eine gesättigte
wäßrige Natriumkaliumcarbonatlösung anstelle
einer gesättigten wäßrigen Natriumcarbonatlösung für
das erste Bad verwendet wurde und die Platte 7 Stunden
lang in dem zweiten Bad eingetaucht gelassen wurde, wobei
man eine modifizierte Einzelschicht-Holzplatte erhielt.
Eine Platte gleicher Art wurde in gleicher Weise, wie in
Beispiel 1 beschrieben, behandelt, außer daß eine gesättigte
wäßrige Kaliumcarbonatlösung anstelle der gesättigten
wäßrigen Natriumcarbonatlösung für das erste
Bad verwendet wurde und die Platte 9 Stunden lang in dem
zweiten Bad eingetaucht gelassen wurde, wobei eine modifizierte
Einzelschicht-Holzplatte erhalten wurde.
Eine Platte gleicher Art wurde in gleicher Weise, wie in
Beispiel 1 beschrieben, behandelt, außer daß eine gesättigte
wäßrige Ammoniumcarbonatlösung anstelle der gesättigten
wäßrigen Natriumcarbonatlösung für das erste
Bad, eine gesättigte wäßrige Calciumbromidlösung anstelle
der gesättigten wäßrigen Calciumchloridlösung für das
zweite Bad verwendet wurde und die Platte 11 Stunden lang
in dem zweiten Bad eingetaucht gelassen wurde, wobei eine
modifizierte Einzelschicht-Holzplatte erhalten wurde.
Eine 1 mm dicke Einzelschichtplatte aus japanischer
Zypresse, statt japanischer Zeder, wurde in gleicher
Weise behandelt, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer
daß eine gesättigte wäßrige Magnesiumchloridlösung anstelle
der gesättigten wäßrigen Calciumchloridlösung für
das zweite Bad verwendet wurde, wobei eine modifizierte
Einzelschicht-Holzplatte erhalten wurde.
Die gemäß den Beispielen 1 bis 5 erhaltenen modifizierten
Holzplatten wurden hinsichtlich ihrer Gewichtszunahme
gemessen und Flammfestigkeitstests gemäß der JIS-Norm
A1321 unterworfen, deren Ergebnisse in der folgenden Tabelle II
wiedergegeben sind:
Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß jede der gemäß den
Beispielen 1 bis 5 erhaltenen modifizierten Einzelschicht-
Holzplatten mehr als 40 Gew.-% an unlöslicher,
nicht entflammbarer anorganischer Zusammensetzung enthält
und gute flammhemmende Eigenschaften aufweist. Die
unlösliche, nicht entflammbare anorganische Zusammensetzung
weist nach ihrer Fixierung in der Platte eine Löslichkeit
von 1,0 oder weniger auf und löst sich selbst
dann nicht auf, wenn die so fixierte Zusammensetzung
erneut viele Stunden lang in Wasser eingetaucht wird,
und die modifizierten Holzplatten können vorteilhaft
für die Außenverkleidung von Gebäuden verwendet werden.
Es wurde außerdem gefunden, daß die Platte, da die so
fixierte anorganische Zusammensetzung nicht in Wasser
löslich ist, keinen zeitabhängigen Qualitätsverlusten
unterworfen ist, gleichzeitig aber eine gute Maßhaltigkeit
aufweist. Es wurde ferner gefunden, daß die üblichen
nicht entflammbaren Platten, die durch Vermischen
von Holzfaserstoff mit Zement hergestellt werden, eine
Biegefestigkeit von etwa 100 kg/cm2 besitzen, während
die modifizierten Einzelschicht-Holzplatten gemäß den
vorstehenden Beispielen eine Biegefestigkeit von etwa
1000 kg/cm2 besitzen, also etwa das 10-fache der herkömmlichen
Platten.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird
ein roher Holzwerkstoff mit einer wäßrigen Calciumhalogenidlösung
und einer wäßrigen Lösung einer Verbindung
der Hydrogenphosphatreihe imprägniert, wobei die letztere
mindestens eine aus der Gruppe der primären, sekundären
und tertiären Orthophosphate, d. h. der Metall-Dihydrogenphosphate,
Dimetall-Hydrogenphosphate und Trimetallphosphate,
ausgewählte Verbindung enthält, und wobei das Innere des
so imprägnierten Materials alkalisch gehalten wird, wonach das
Material unter Bildung von Hydroxyapatit gehärtet und
ein modifizierter Holzwerkstoff erhalten wird.
Genauer gesagt, wird bei der zweiten Ausführungsform die
wäßrige Hydrogenphosphatlösung, die mindestens eine Verbindung
aus der Gruppe der Metall-Dihydrogenphosphate,
Dimetall-Hydrogenphosphate und Trimetallphosphate enthält,
in das erste Bad als wäßrige Lösung der ersten anroganischen
Verbindung gebracht, und der rohe Holzwerkstoff
wird in das erste Bad eingetaucht. Dann wird der mit der
ersten wäßrigen Lösung ausreichend imprägnierte Werkstoff
in das zweite Bad getaucht, das als wäßrige Lösung der
zweiten anorganischen Verbindung die wäßrige Calciumhalogenidlösung
enthält, so daß die zweite Lösung mit der
ersten Lösung reagiert, gleichzeitig aber der alkalische
Zustand des Inneren des Werkstoffs beibehalten wird, damit
sich im Inneren des Holzwerkstoffs Hydroxyapatit bildet.
In diesem Falle ist es vorteilhaft, als erste anorganische
Verbindung Metall-Dihydrogenphosphat, Dimetall-
Hydrogenphosphat oder Trimetallphosphat zu verwenden,
wobei Kalium das entsprechende Metall in den Salzen sein
kann. Als zweite anorganische Verbindung wird Calciumchlorid,
Calciumbromid, Calciumjodid oder dergleichen
verwendet. Es wurde gefunden, daß, wenn die erste und
zweite wäßrige Lösung unter Bildung von Hydroxyapatit
direkt miteinander vermischt werden, deren Molverhältnis
vorteilhaft auf 3 : 5 eingestellt wird. Es ist somit bevorzugt,
das molare Verhältnis zwischen der ersten und zweiten
wäßrigen Lösung auf 3 : 5 einzustellen. Da die Bildung
von Hydroxyapatit begünstigt wird, wenn der alkalische
Zustand des Reaktionssystems beibehalten wird, wird Natriumhydroxid
oder dergleichen zugegeben, so daß die
wäßrige Lösung der Phosphorsäurereihe einen pH-Wert von
mehr als 7 aufweist und so den alkalischen Zustand im
Inneren des Holzwerkstoffes aufrechterhält, wobei jedoch
der pH-Wert in Abhängigkeit von der Art des Holzes, der
Reaktionsbedingungen und dergleichen in geeigneter Weise
eingestellt werden soll.
Während das Imprägnieren mit der ersten wäßrigen Lösung
durch Eintauchen oder dergleichen bewerkstelligt wird
und der rohe Holzwerkstoff in luftgetrocknetem oder absolut
trockenem Zustand für die Imprägnierung eine beträchtlich
lange Zeit erfordert, ist es möglich, die Imprägnierungszeit
zu verkürzen, wenn der Holzwerkstoff
vorher bis zur Sättigung in Wasser getaucht wird. Beim
Fixieren von Hydroxyapatit innerhalb des rohen Holzwerkstoffs
durch Imprägnieren mit der wäßrigen Lösung der
Phosphorsäurereihe und Härten des imprägnierten Werkstoffs
ist es bevorzugt, die Härtung unter gleichzeitigem Erhitzen
des imprägnierten Werkstoffes auf beispielsweise 60°C
während etwa 3 Stunden durchzuführen, wobei die Erhitzungsbedingungen
je nach der Art des rohen Holzwerkstoffes usw.
in geeigneter Weise verändert werden können.
Praktische Beispiele für die zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend erörtert:
Eine 1 mm dicke Einzelschicht-Holzplatte aus japanischer
Zeder wurde, als Vorbehandlung, in Wasser eingetaucht,
auf einen Wassergehalt von 200 Gew.-% eingestellt, und
dann in ein erstes Bad einer wäßrigen Dinatriumhydrogenphosphatlösung
mit einer Molarität von 0,9 und einem pH-Wert
von 9,42 eingetaucht. nachdem die Holzplatte 6 Stunden
lang in dem ersten Bad eingetaucht war, wurde sie in
ein zweites Bad aus einer wäßrigen Calciumchloridlösung
mit einer Molarität von 1,5 gebracht und dort bei einer
Temperatur von 70°C 12 Stunden lang eingetaucht belassen.
Dann wurde die Platte aus dem zweiten Bad herausgenommen,
auf 60°C erhitzt, 3 Stunden bei der gleichen Temperatur
gehärtet und getrocknet, wobei eine modifizierte Einzelschicht-
Holzplatte erhalten wurde.
Eine 3 mm dicke Einzelschicht-Holzplatte aus luftgetrockneter
japanischer Zeder wurde in das erste Bad einer
wäßrigen Dinatriumhydrogenphosphatlösung mit einer Molarität
von 0,9 und einem pH-Wert von 9,42 eingetaucht,
auf 70°C erhitzt und in eingetauchtem Zustand 12 Stunden
lang belassen. Dann wurde die so mit der ersten wäßrigen
Lösung imprägnierte Platte in das zweite Bad einer wäßrigen
Calciumchloridlösung mit der Molarität 1,5 getaucht,
auf 70°C erhitzt und 18 Stunden lang eingetaucht
gelassen. Danach wurde die Platte aus dem zweiten Bad
herausgenommen, auf 60°C erhitzt, 3 Stunden lang bei der
gleichen Temperatur bis zur Trockne gehärtet, wobei eine
modifizierte Einzelschicht-Holzplatte erhalten wurde.
Eine 1 mm dicke Einzelschicht-Holzplatte aus japanischer
Zeder wurde, als Vorbehandlung, in Wasser eingetaucht,
auf einen Wassergehalt von 200 Gew.-% eingestellt, und
dann in ein erstes Bad einer wäßrigen Calciumchloridlösung
mit einer Molarität von 1,5 eingetaucht. Die Badtemperatur
wurde auf 70°C erhöht, und die Platte wurde
6 Stunden lang bei der gleichen Temperatur eingetaucht
gelassen. Anschließend wurde die Platte in ein zweites
Bad aus Dinatriumhydrogenphosphatlösung mit einer Molarität
von 0,9 und einem pH-Wert von 9,42 eingetaucht, auf
70°C erhitzt und 12 Stunden lang eingetaucht gelassen.
Danach wurde die Platte aus dem zweiten Bad herausgenommen,
auf 70°C erhitzt, 12 Stunden lang bei der gleichen
Temperatur gehärtet und getrocknet, wobei eine modifizierte
Einzelschicht-Holzplatte erhalten wurde.
Die gemäß den Beispielen 6 bis 8 erhaltenen modifizierten
Holzplatten wurden hinsichtlich ihres Gewichtszuwachses
gemessen und Flammhemmungstests gemäß der JIS-
Norm A1321 unterworfen; außerdem wurde ihre Schrumpffestigkeit
(ASE) gemessen. Die Untersuchungsergebnisse
sind in Tabelle III angegeben:
Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß die gemäß einem der
Beispiele 6 bis 8 erhaltene modifizierte Holzplatte die
unlösliche, nicht entflammbare anorganische Verbindung
zu einem hohen Prozentsatz enthält und gleichzeitig eine
gute Flammfestigkeit aufweist. Außerdem wurde gefunden,
daß die Platten einen guten ASE-Wert und hohe Maßhaltigkeit
besitzen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung kann
Apatit in dem Holzwerkstoff gebildet werden, wobei ein
unter einem anderen Gesichtspunkt modifizierter Holzwerkstoff
erhalten wird. Genauer gesagt, gehört der Apatit
zur Raumgruppe P63/m des hexagonalen Systems und besitzt
die Grundzusammensetzung M10(ZO4)6X2 wie der vorgenannte
Hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2, worin ein- bis dreiwertige,
drei- bis siebenwertige und null- bis dreiwertige Ionenarten
verschiedener Struktur für M, Z und X stehen können
und solche einschließlich H2O für X stehen können, so daß
auch solche, die Kristallwasser enthalten, gebildet werden
können.
Bei der Ausübung der dritten Ausführungsform wird der
rohe Holzwerkstoff in das erste Bad einer ersten wäßrigen
Lösung eingetaucht, die Ionen zu enthalten in der Lage ist,
welche die Stellung von M einnehmen können, und Ionen oder
Moleküle, die für X stehen können, worauf der mit der ersten
wäßrigen Lösung imprägnierte Holzwerkstoff in das
zweite Bad einer zweiten wäßrigen Lösung eingetaucht wird,
die Ionen zu enthalten in der Lage ist, welche ZO bilden,
sowie Ionen oder Moleküle, die für X stehen können. In
diesem Falle wird, wie bei der zweiten Ausführungsform,
die Bildung von Apatit beschleunigt, solange das Reaktionssystem
alkalisch bleibt. Deshalb werden die ersten und
zweiten Lösungen miteinander umgesetzt, wobei das Reaktionssystem
alkalisch gehalten wird, und wobei ein modifizierter
Holzwerkstoff erhalten werden kann, der Apatit
als unlösliche nicht entflammbare anorganische Verbindung,
darin fixiert, enthält.
Für M, Z und X in der Grundzusammensetzung des Apatits
können eines oder eine Kombination von zwei oder mehr
der nachfolgend in Tabelle IV gruppenweise aufgeführten
chemischen Individuen stehen:
MCalcium, Zink, Cadmium, Strontium, Nickel, Europium, Aluminium, Yttrium, Lanthan, Cer, Natrium, Kalium, Barium etc. ZPhosphor, Arsen, Vanadium, Chrom, Silicium, Kohlenstoff, Aluminium, Schwefel, Rhenium, Bor etc. XHydroxid, Fluor, Chlor, Brom, Jod, Sauerstoff, Stickstoff, Carbonat, Wasser.
MCalcium, Zink, Cadmium, Strontium, Nickel, Europium, Aluminium, Yttrium, Lanthan, Cer, Natrium, Kalium, Barium etc. ZPhosphor, Arsen, Vanadium, Chrom, Silicium, Kohlenstoff, Aluminium, Schwefel, Rhenium, Bor etc. XHydroxid, Fluor, Chlor, Brom, Jod, Sauerstoff, Stickstoff, Carbonat, Wasser.
In diesem Falle kann X auch ein unbesetzter Gitterplatz
sein. An den entsprechenden M-, Z- und X-Gitterorten
sollten eine oder mehrere der ausgewählten Substanzen
der entsprechenden Gruppen sich in geeigneter Weise unter
Bildung von Apatit in dem Holzwerkstoff verbinden,
und zwar unter Berücksichtigung des Ionendurchmessers
und dergleichen der ausgewählten Stoffe. Wenn die Flammfestigkeit
durch Apatit bewirkt werden soll, werden bevorzugt
Phosphor, Bor oder Schwefel für die Z-Plätze und
Halogene wie Chlor für die X-Plätze verwendet. Als wichtige
Apatite können die folgenden aufgezählt werden:
Ca10(PO4)6(OH)2, Ca10(PO4)6Cl2, Ca10(PO4)6F2, Ca10(PO4)6FxCl2-x, Ba10,(PO4)5(BO4)2 (= unbesetzter Gitterplatz), Ca9Ni(PO4)6F2, Ca8Al2(PO4)5(AlO4)F2 und dergleichen.
Ca10(PO4)6(OH)2, Ca10(PO4)6Cl2, Ca10(PO4)6F2, Ca10(PO4)6FxCl2-x, Ba10,(PO4)5(BO4)2 (= unbesetzter Gitterplatz), Ca9Ni(PO4)6F2, Ca8Al2(PO4)5(AlO4)F2 und dergleichen.
Zur Erzeugung dieser wichtigen Apatite wird der rohe
Holzwerkstoff in das erste Bad einer ersten Behandlungslösung
eingetaucht, die mindestens eine der Ionenarten
wie Ca2+, Ba2+, Al3+, Ni2+ und dergleichen, die für M
stehen können, enthalten, um den Werkstoff mit der ersten
Behandlungslösung zu imprägnieren, und dann in das zweite
Bad einer zweiten Behandlungslösung eingetaucht, die mindestens
eine der Ionenarten enthält, die in der Lage sind,
ZO4 zu bilden, wie PO4 3-, BO3 3-, AlO2 - und dergleichen,
sowie mindestens eine der Ionen- oder Molekülarten, die
für X stehen können, wie Cl-, F- und dergleichen, enthält
und alkalisch eingestellt worden ist, um den Werkstoff
mit der zweiten Behandlungslösung zu imprägnieren. Danach
wird der Holzwerkstoff vorzugsweise erhitzt, gehärtet und
getrocknet. Als Folge hiervon wird Apatit gebildet und
in dem Holzwerkstoff in Form einer unlöslichen, nicht
entflammbaren anorganischen Verbindung fixiert. Wenn
die zweite Behandlungslösung nicht alkalisch eingestellt
wird, kann eine dritte alkalische Behandlungslösung wie
beispielsweise Natriumhydroxid, Ammoniak und
dergleichen zugegeben werden. Das pH-Optimum liegt während
der Reaktion im Bereich zwischen 8,5 und 12.
Wenn man einen solchen Apatit herzustellen wünscht, der
eine Gitterleerstelle am Ort von X aufweist, ist es unnötig,
irgendwelche Ionen oder Moleküle, die für X stehen
können, zu verwenden. Wird dagegen gewünscht, Apatit
mit einer Hydroxylgruppe am Ort von X zu bilden, dann
enthält die Behandlungslösung OH- und keine sonstigen
Ionen, die für X stehen könnten. Im Falle eines Apatits,
der Kristallwasser enthält, ist zu beachten, daß eine
endotherme Reaktion unter Bedingungen hervorgerufen wird,
bei denen Kristallwasser abgespalten wird, wodurch die
flammhemmenden Eigenschaften weiter verbessert werden.
Praktische Beispiele für die dritte Ausführungsform werden
nachfolgend erläutert:
2 mm dicke Einzelschicht-Holzplatten aus Kiefer, japanischer
Zeder und Buche wurden unter einem verminderten
Druck von etwa 1 Torr 5 Stunden lang bei gewöhnlicher
Temperatur in Wasser eingetaucht, um sie ausreichend
mit Wasser zu sättigen. Nach dieser Vorbehandlung wurden
die Holzplatten in das erste Bad einer ersten wäßrigen
Lösung von CaCl2 · 8H2O bei 70°C eingetaucht und
in diesem Zustand 5 Stunden belassen. Dann wurden die
mit der ersten wäßrigen Lösung imprägnierten Platten in
das zweite Bad einer zweiten wäßrigen Lösung getaucht,
die 40 Gew.-% Trinatriumphosphat enthielt und auf 70°C
erhitzt sowie auf einen pH-Wert von 9 durch Zugabe von
Natriumhydroxid eingestellt war, und in eingetauchtem
Zustand 8 Stunden lang belassen. Danach wurden die Platten
aus dem zweiten Bad herausgenommen, mit Wasser gewaschen
und getrocknet, wobei modifizierte Holzplatten
erhalten wurden, die Hydroxyapatit, Ca10(PO4)6(OH)2,
enthalten.
In gleicher Weise, wie in Beispiel 9 beschrieben, vorbehandelte
Platten wurden in das erste Bad einer ersten
wäßrigen Lösung von CaCl2 · 8H2O, die auf 70°C erhitzt war,
eingetaucht und 5 Stunden lang so belassen. Dann wurden
die mit der ersten wäßrigen Lösung imprägnierten Platten
in das zweite Bad einer zweiten gesättigten wäßrigen Lösung
eines Gemischs aus Trinatriumphosphat und Calciumchlorid
gebracht, die auf 70°C erhitzt und durch Zugabe
von Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 9 gebracht
wurde, und in eingetauchtem Zustand 8 Stunden belassen.
Danach wurden die Platten aus dem zweiten Bad herausgenommen,
mit Wasser gewaschen und getrocknet, wobei modifizierte
Holzplatten erhalten wurden, die eine Mischung
anorganischer Verbindungen enthalten, nämlich Hydroxyapatit,
Ca10(PO4)6(OH)2 und Chlorapatit, Ca10(PO4)6Cl2.
In gleicher Weise, wie in Beispiel 9 beschrieben, vorbehandelte
Holzplatten wurden in das erste Bad einer ersten,
auf 70°C erhitzten wäßrigen Bariumchloridlösung 5 Stunden
lang eingetaucht. Die mit der ersten wäßrigen Lösung imprägnierten
Platten wurden in das zweite Bad einer zweiten
gesättigten wäßrigen Lösung von Trinatriumphosphat und
Borsäure gebracht, die auf 70°C erhitzt und durch Zugabe
von Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 9 gebracht
wurde, und in eingetauchtem Zustand 8 Stunden lang belassen.
Danach wurden die Platten aus dem zweiten Bad herausgenommen,
mit Wasser gewaschen und getrocknet, wobei
Ba10(PO4)5(BO3)2 ( = unbesetzter Gitterplatz) enthaltende Holzplatten erhalten
wurden.
Die gemäß den Beispielen 9 bis 11 erhaltenen Holzlatten
wurden wieder hinsichtlich des Gewichtszuwachses gemessen
und Flammfestigkeitstests gemäß JIS-Norm A1321 unterworfen,
deren Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle V
aufgeführt sind:
Aus Tabelle V ist ersichtlich, daß alle gemäß den Beispielen 9
bis 11 gemäß der dritten Ausführungsform der
Erfindung hergestellten modifizierten Holzplatten eine
hoch unlösliche und nicht entflammbare anorganische Verbindung
enthalten, wodurch gute flammhemmende Eigenschaften
und Maßhaltigkeit erzielt werden.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung tritt
nur die Erzeugung von teilweise im Zusammenhang mit der
ersten Ausführungsform beschriebenem Metallsalz der
Phosphorsäurereihe auf, wobei das Metallsalz der Phosphorsäurereihe
in dem Holzwerkstoff dispergiert und fixiert
wird. Als Beispiele für die Metallsalze der Phosphorsäurereihe
können Substanzen wie Aluminiumphosphat,
Dialuminiumhydrogenphosphat, Aluminiumdihydrogenphosphat,
Calciumphosphat, Calciumhydrogenphosphat, Calciumdihydrogenphosphat,
Magnesiumphosphat, Magnesiumhydrogenphosphat,
Magnesiumdihydrogenphosphat und dergleichen aufgezählt
werden.
Genauer gesagt, wird bei der vierten Ausführungsform der
rohe Holzwerkstoff in das erste Bad einer ersten wäßrigen
Lösung eingetaucht, die Metallionen wie Al3+, Ca2+ oder
Mg2+ enthält, und das mit der ersten wäßrigen Lösung imprägnierte
Material wird dann in das zweite Bad einer
zweiten wäßrigen Lösung eingetaucht, die Phosphorsäureionen
enthält und praktisch neutral gestellt ist und
vorzugsweise während der Reaktion zwischen den Metallionen
und den Phosphorsäureionen einen pH-Wert von zwischen
7 und 8 aufweist, wodurch das entsprechende Metallphosphat
im Holz abgeschieden und fixiert wird.
In diesem Fall kann als erste wäßrige Metallionen enthaltende
Lösung eine wäßrige Lösung von einer oder mehreren
der folgenden Verbindungen verwendet werden: Aluminiumchlorid,
Aluminiumsulfat, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid,
Magnesiumphosphat und dergleichen. Für die zweite wäßrige
Lösung kann eine wäßrige Lösung von Dinatriumhydrogenphosphat,
Phosphorsäure und dergleichen oder deren Gemisch
verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Verbindungen miteinandervermischt werden,
muß darauf geachtet werden,
daß beim Vermischen keine unlöslichen Salze gebildet werden.
Wenn die wäßrige Lösung dazu neigt, während der pH-
Einstellung sauer zu werden, kann ferner eine wäßrige Lösung
wie Natriumhydroxid oder eine Ammoniaklösung zugegeben
werden, um den pH-Wert auf etwa 7 oder 8 zu halten.
Wenn es sich bei dem rohen Holzwerkstoff um eine Einzelschichtplatte
oder dergleichen handelt, kann die vierte
Ausführungsform der Erfindung auch dadurch verwirklicht
werden, daß man die erste und zweite wäßrige Lösung anstelle
des Eintauchens aufträgt.
Praktische Beispiele für die vierte Ausführungsform werden
nachstehend erläutert:
Eine 2 mm dicke Einzelschichtplatte aus Buchenholz wurde
5 Stunden lang bei 85°C in Wasser eingetaucht, um ausreichend
mit Wasser gesättigt zu werden. Nach dieser Vorbehandlung
wurde die Platte in das erste Bad einer ersten
wäßrigen Lösung eingetaucht, die 50 Gew.-% Aluminiumsulfat
enthielt und auf 85°C erhitzt war. Dann wurde die mit der
ersten wäßrigen Lösung imprägnierte Platte in das zweite
Bad einer zweiten wäßrigen Lösung eingetaucht, die
50 Gew.-% Dinatriumhydrogenphosphat enthielt und auf 85°C
erhitzt wurde, und dort 5 Stunden lang belassen. Weil
der pH-Wert während des Eintauchens der Platte in das
zweite Bad in den sauren Bereich verschoben wurde, wurde
Natriumhydroxid zugegeben, um den pH-Wert auf 8 zu halten.
Danach wurde die Platte aus dem zweiten Bad herausgenommen,
mit heißem Wasser gewaschen, um nicht umgesetzte
Stoffe oder Nebenprodukte von der Platte zu entfernen,
und getrocknet, wobei eine modifizierte Holzplatte erhalten
wurde, die darin fixiertes Dialuminiumhydrogenphosphat
enthielt.
Die 2 mm dicke Einzelschichtplatte aus Buchenholz wurde
als Vorbehandlung in Wasser bei gewöhnlicher Temperatur
unter einem verminderten Druck von etwa 1 Torr 6 Stunden
lang eingetaucht, um ausreichend mit Wasser gesättigt zu
werden. Dann wurde die Platte in gleicher Weise behandelt,
wie in Beispiel 12 beschrieben, außer daß die Platte in
das erste Bad einer ersten wäßrigen Lösung eingetaucht
wurde, die 50 Gew.-% Aluminiumchlorid enthielt und auf
85°C erhitzt wurde, und die Platte wurde in eingetauchtem
Zustand 5 Stunden lang belassen. Es wurde eine modifizierte
Holzplatte erhalten, die Dialuminiumhydrogenphosphat
darin fixiert enthielt.
Die gemäß den Beispielen 12 und 13 erhaltenen Einzelschicht-
Holzplatten wurden hinsichtlich ihres Gewichtszuwachses
gemessen und dem Flammfestigkeitstest gemäß
JIS-Norm A1321 unterworfen; die Ergebnisse sind in der
folgenden Tabelle VI aufgeführt:
Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird
der rohe Holzwerkstoff mit einer wäßrigen Lösung imprägniert,
die Bariumionen und BO3-Ionen enthält, sowie mit
einer anderen wäßrigen Lösung, die BO3- und PO4-Ionen enthält,
und das Material wird zur Herstellung eines modifizierten
Holzwerkstoffs gehärtet, der eine darin dispergierte
und fixierte unlösliche nicht entflammbare anorganische
Verbindung enthält.
Genauer gesagt, wird gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung ein roher Holzwerkstoff in dem ersten Bad
einer ersten wäßrigen Lösung imprägniert, die Ba- und
BO3-Ionen enthält, und das mit der ersten wäßrigen Lösung
imprägnierte Material wird dann in das zweite Bad einer
zweiten wäßrigen Lösung eingetaucht, die BO3- und PO4-Ionen
enthält, so daß die erste wäßrige Lösung mit der zweiten
Lösung unter Bildung einer unlöslichen, nicht entflammbaren
anorganischen Verbindung wie Apatit im Holz reagiert
und ein modifizierter Holzwerkstoff erhalten werden kann.
Als Ba-, BO3- und PO4-Ionen enthaltende anorganische Verbindungen
können eine oder mehrere der in der nachfolgenden
Tabelle VII aufgeführten Verbindungen verwendet werden:
In diesem Falle kann eine Verbindung oder eine Kombination
von zwei oder mehreren der Verbindungen der vorgenannten
Gruppen verwendet werden. Ferner wird der pH-
Wert während der Reaktion zwischen der ersten und zweiten
Lösung auf einen alkalischen Wert von vorzugsweise
8 oder höher eingestellt, wobei ein Bereich zwischen 8
und 10 besonders bevorzugt ist.
Praktische Beispiele für die Durchführung der fünften
Ausführungsform werden nachstehend erläutert:
Eine 3 mm dicke einschichtige Buchenholzplatte wurde in
einer Vorbehandlung bei Raumtemperatur unter einem verminderten
Druck von etwa 30 Torr 5 Stunden lang in Wasser
eingetaucht, um ausreichend mit Wasser gesättigt zu
werden. Dann wurde die Platte in das erste Bad eingetaucht,
die eine erste wäßrige Lösung eines Gemischs aus Bariumchlorid
und Borsäure enthielt, 5 Stunden lang eingetaucht.
Danach wurde die mit der ersten wäßrigen Lösung imprägnierte
Platte in das zweite Bad eingetaucht, die eine
zweite wäßrige Lösung eines Gemischs aus Diammoniumhydrogenphosphat
und Borsäure enthielt, und in eingetauchtem
Zustand 3 Stunden belassen, wonach die Platte in ein drittes
Bad gebracht wurde, die eine alkalische wäßrige Lösung
enthielt, die durch Zugabe von Natriumhydroxid auf
einen pH-Wert zwischen 8 und 10 eingestellt wurde, und
5 Stunden lang in eingetauchtem Zustand belassen. Danach
wurde die Platte aus dem dritten Bad herausgenommen, mit
Wasser gewaschen und getrocknet, und es wurde eine modifizierte
Platte erhalten, in der die unlösliche nicht entflammbare
anorganische Verbindung fixiert war.
Die gleiche Einzelschicht-Holzplatte wurde bis zum Eintauchen
in das zweite Bad in gleicher Weise behandelt, wie
in Beispiel 14 beschrieben, und wurde dann in die alkalische
wäßrige Lösung mit dem pH-Wert zwischen 8 und 10
eingetaucht, um mit der alkalischen Lösung imprägniert zu
werden. Die Platte wurde dann mit Wasser gewaschen und getrocknet,
und es wurde eine modifizierte Einzelschicht-
Holzplatte erhalten, in der die unlösliche nicht entflammbare
anorganische Verbindung fixiert war.
Die gleiche Holzplatte wurde in gleicher Weise, wie in
Beispiel 14 beschrieben, behandelt, außer daß das erste
Bad eine wäßrige Lösung eines Gemischs aus Bariumbromat
und Borsäure anstelle des Gemischs wäßriger Lösungen von
Bariumchlorid und Borsäure enthielt. Es wurde eine modifizierte
Einzelschicht-Holzplatte erhalten.
Die gleiche Holzplatte wurde in gleicher Weise, wie in
Beispiel 14 beschrieben, behandelt, außer daß das zweite
Bad ein Gemisch wäßriger Lösungen von Dinatriumhydrogenphosphat
und Borsäure anstelle eines Gemischs wäßriger Lösungen
von Ammoniumhydrogenphosphat und Borsäure enthielt.
Es wurde eine modifizierte Einzelschicht-Holzplatte erhalten.
Die gemäß den Beispielen 14 bis 17 erhaltenen modifizierten
Einzelschicht-Holzplatten wurden bezüglich ihres Gewichtszuwachses
gemessen und dem Flammfestigkeitstest gemäß
JIS-Norm A1321 unterworfen; die Ergebnisse sind in
der nachfolgenden Tabelle VIII wiedergegeben:
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weisen alle modifizierten
Holzplatten, die gemäß der ersten bis fünften
Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurden, die
unlösliche nicht entflammbare anorganische Verbindung
auf, die im Werkstoff selbst erzeugt wurde, und die so
erhaltenen Platten weisen ausgezeichnete flammhemmende
Eigenschaften auf. Wenn die im Holz fixierte anorganische
Verbindung Phosphorsäure enthält, wird die Pyrolyse,
d. h. die Entgasung bzw. Verschwelung während der Verbrennung
des Holzes gefördert, und eine sich daraus ergebende
mit Kohlenstoff angereicherte Schicht wirkt als
Wärmeisolierschicht, so daß die flammhemmenden Eigenschaften
des Holzes dadurch noch weiter verbessert werden können.
Wenn die Modifizierung des Holzes vollständig abgeschlossen
ist, ist ferner die erzeugte unlösliche, nicht
entflammbare, anorganische Verbindung fest in der Holztextur
fixiert, so daß sie nicht aus der Textur ausfließen
kann, selbst wenn Wasser in die Textur eindringt.
Folglich wird es so ermöglicht, daß dadurch nicht nur
die Maßhaltigkeit erzielt wird, sondern es können auch
die inneren Poren der Holztextur mit der Verbindung gefüllt
werden, so daß die Holztextur von jedwedem Eindringen
von Fäulnisbakterien und Insekten geschützt werden
kann und das Holz die hohen fäulnisfesten und schädlingsfesten
Eigenschaften aufweisen kann.
Das gleiche Verfahren, wie in Beispiel 14 beschrieben,
wurde bei Balken aus japanischer Linde (tilia japonica)
durchgeführt, und die daraus erhaltenen modifizierten
Einzelschicht-Holzplatten wurden einem Test bezüglich
der Fäulnis-Widerstandsfähigkeit unterworfen, wobei als
Testbakterien tyromyces palustris und coriolus versicolor
verwendet wurden. In diesem Falle wurde eine Verwitterungsbehandlung
gemäß der JWPA-Norm Nr. 1 während einer Versuchsdauer
von 6 Wochen durchgeführt, und danach wurden
der Gewichtsverlust und die Fäulnisbeständigkeit gemessen,
woraus sich ergab, daß die modifizierte Holzplatte
eine merklich bessere Fäulnisbeständigkeit aufwies als
eine entsprechende unbehandelte Holzplatte. Die Ergebnisse
des Versuchs sind in der folgenden Tabelle IX wiedergegeben:
Im vorliegenden Falle wird der Wert für die Fäulnisbeständigkeit
durch den Prozentsatz der Differenz zwischen
den Werten der behandelten Platte und der unbehandelten
Platte, die durch den Wert der unbehandelten Platte dividiert
wird, wiedergegeben.
Außerdem wurde ein Test bezüglich der Beständigkeit
gegenüber Termiten durchgeführt, und zwar mit der gleichen
modifizierten Einzelschicht-Holzplatte aus tilia
japonica, die mittels des Verfahrens gemäß Beispiel 14
hergestellt wurde, wobei der Test 3 Wochen lang gemäß
der JWPA-Norm Nr. 11 durchgeführt wurde. Die Todesrate
der Termiten (Soldaten) während der Dauer des Tests und
der Gewichtsverlust der Platte nach der Testperiode wurden
gemessen, und es wurde gefunden, daß die modifizierte
Holzplatte eine viel höhere Beständigkeit als die unbehandelte
Holzplatte aufwies. Die Ergebnisse des Tests sind
in der folgenden Tabelle X wiedergegeben:
In Tabelle X beziehen sich die Klammern stehenden Werte
auf diejenigen Holzplatten, die der Verwitterungsbehandlung
unterworfen worden sind.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei
jedem gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform der
Erfindung hergestellten Holzwerkstoff die unlösliche,
nicht entflammbare anorganische Verbindung im Holzwerkstoff
selbst wirksam erzeugt wird und ihm eine hohe Flammfestigkeit
verleiht. Wenn Phosphorsäure in der im Holzwerkstoff
fixierten anorganischen Verbindung enthalten
ist, wird die Pyrolyse, d. h. die Kohlenstoffanreicherung
bei der Verbrennung des Holzwerkstoffs beschleunigt, und
die dadurch in dem Holzwerkstoff erzeugte, mit Kohlenstoff
angereicherte Schicht wirkt als Wärmeisolierschicht, so
daß die Flammfestigkeit weiter verbessert werden kann. Da
die unlösliche, nicht entflammbare anorganische Verbindung
innerhalb der Holztextur fest fixiert ist, sobald die Modifizierung
des Holzwerkstoffs abgeschlossen ist, wird
darüber hinaus die Maßhaltigkeit des Werkstoffs erzielt,
und die verfestigten Poren der Holztextur, die mit der
Verbindung gefüllt sind, verhüten das Eindringen von
Fäulnisbakterien oder Insekten, wodurch ein starker
Schutz gegen Fäulnis und Schädlinge erreicht wird.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung eines eine unlösliche
anorganische Verbindung enthaltenden modifizierten Holzwerkstoffs
durch Eintauchen eines rohen Holzwerkstoffs
in zwei Arten von Lösungen wasserlöslicher anorganischer
Substanzen, die die unlösliche Verbindung erzeugen, wenn
man sie miteinander reagieren läßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Arten von Lösungen ein erstes Bad
einer ersten Lösung, die Metallionen enthält, welche
leicht in dem Holzwerkstoff dispergiert und fixiert
werden können und unlöslich und nicht entflammbar sind,
sowie ein zweites Bad aus einer zweiten Lösung umfassen,
welche negative Ionen für die Erzeugung der unlöslichen,
nicht entflammbaren anorganischen Verbindung durch Reaktion
der negativen Ionen mit den Metallionen enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste, die Metallionen enthaltende Lösung für
das erste Bad eine wäßrige Lösung ist, die mindestens
eine aus der Gruppe der nachfolgenden Verbindungen ausgewählte
Verbindung enthält: Calciumbromid, Calciumchlorid,
Calciumchlorat, Calciumnitrat, Calciumnitrit, Calciumchromat,
Calciumacetat, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat,
Aluminiumsulfat, Bariumchlorid, Bariumbromat,
Bariumjodid, Bariumnitrat, Bariumhydroxid, Zinkoxid,
Zinkbromid, Zinkjodid, Zinknitrat und deren Äquivalente.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite, die negativen Ionen enthaltende
Lösung für das zweite Bad eine wäßrige Lösung ist,
die mindestens eine der aus der Gruppe der nachfolgenden
Verbindungen ausgewählte Verbindung enthält: Ammoniumcarbonat,
Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat,
Natriumhydrogencarbonat, Natriumkaliumcarbonat,
Phosphorsäure, Natriumphosphat, Ammoniumphosphat, Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Natriumsulfat, Natriumhydrogensulfat,
Kaliumsulfat, Kaliumhydrogensulfat, Ammoniumsulfat,
Natriumaluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Ammoniumaluminiumsulfat,
Kaliummagnesiumsulfat, Natriumsilicat,
Kaliumsilicat, Borsäure und deren Äquivalente.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Eintauchen des rohen Holzwerkstoffs
in das erste Bad aus der ersten, die Metallionen
enthaltenden Lösung durchgeführt wird, bevor der Schritt
des Eintauchens in das zweite Bad aus der zweiten Lösung
vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt des Eintauchens des rohen
Holzwerkstoffs in das zweite Bad aus der zweiten Lösung
der wasserlöslichen anorganischen Substanz, die die negativen
Ionen enthält, durchgeführt wird, bevor der Schritt
des Eintauchens des Werkstoffs in das erste Bad der ersten
Lösung vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die in dem Holzwerkstoff enthaltene
unlösliche, nicht entflammbare anorganische Verbindung
eine Löslichkeit von weniger als 1,0 aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die wasserlöslichen anorganischen
Substanzen der ersten und zweiten Lösung für das erste
und zweite Bad eine Löslichkeit von mehr als 5,0 aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Lösung einer wasserlöslichen
anorganischen Substanz, die die negativen Ionen enthält,
eine wäßrige Lösung der Phosphorsäurereihe ist, die
alkalisch eingestellt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die in dem Holzwerkstoff enthaltene
unlösliche, nicht entflammbare anorganische Verbindung
Apatit ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Apatit Hydroxyapatit oder Chlorapatit ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Lösung einer anorganischen
Substanz, die die negativen Ionen enthält, eine alkalische
wäßrige Lösung mit einem pH-Wert im Bereich zwischen 8,5
und 12 ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die in dem Holzwerkstoff enthaltene
unlösliche, nicht entflammbare anorganische Verbindung
ein Metallphosphat ist.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die negativen Ionen in der zweiten Lösung einer wasserlöslichen
anorganischen Substanz für das zweite Bad
Phosphorsäureionen sind, deren pH-Wert auf einen im wesentlichen
neutralen Wert eingestellt worden ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste, Metallionen enthaltende
Lösung einer wasserlöslichen anorganischen
Substanz eine wäßrige Lösung ist, die Ba- und BO3-Ionen
enthält, und die zweite, negative Ionen enthaltende Lösung
einer wasserlöslichen anorganischen Substanz eine
wäßrige Lösung ist, die BO3- und PO4-Ionen enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die in dem Holzwerkstoff
enthaltene unlösliche, nicht entflammbare anorganische
Verbindung mehr als 40 Gew.-% ausmacht.
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