DE3911091A1

DE3911091A1 - Impraegnierungsloesung und verfahren zu dessen anwendung

Info

Publication number: DE3911091A1
Application number: DE19893911091
Authority: DE
Inventors: Willi Thiemann; Franz Dr Loley
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-10-18
Also published as: EP0391136A3; DE3911091C2; EP0391136A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Imprägnierung und Neu tralisierung von Hölzern.

Alle Hölzer und Holzprodukte, insbesondere das frische Natur holz, dampfen Säuren aus. Im Holz sind bestimmte chemische Grup pen vorhanden, die unter Wassereinfluß gespalten werden. Bei diesem Spaltungsprozeß entstehen Essig- und Ameisensäure, deren anfallende Menge je nach Holzart jedoch unterschiedlich ist. Ferner dampfen die meisten heimischen Hölzer Formaldehyd aus. Formaldehyd entsteht bei der Spaltung bestimmter chemischer Gruppen, die als Zwischenprodukte der Photosynthese im Holz vorhanden sind.

In der Industrie werden beispielsweise bei der Verpackung von Elektroblechen Zwischenlagen aus Holz als Abstandshalter zwi schen die einzelnen Coils gelegt. Als Abstandhalter oder Zwi schenlagen werden sog. Holzknüppel oder Holzprodukte, in diesem Fall vorzugsweise Spanplatten, verwendet. Dabei gibt es immer wieder Beanstandungen, daß im Bereich der Zwischenlagen (Kon taktstelle Holz - Blech) an den Coils Rost entsteht. Diese Rost bildung wird begünstigt durch feuchte Hölzer und eine hohe Luft feuchtigkeit.

Durch besondere Korrosionstests konnte festgestellt werden, daß bestinmte Ausdunstungsprodukte der Hölzer an der Rostbildung entscheidend beteiligt sind. Bei einer reinen Atmosphäre ohne Anwesenheit von Holz tritt keine Rostbildung auf. Bei Holzpro dukten sind es hauptsächlich Essig- und Ameisensäure, die die Rostbildung auslösen. Hauptsächlich Spanplatten haben eine starke korrosionsauslösende Wirkung, aber auch Knüppel aus Buchen- oder Nadelhölzern fördern die Korrosion.

Die Ausdampfung korrosionsauslösender Substanzen geht dabei sehr langsam vor sich. Es liegt eine permanente Korrosionswirkung vor, die jedoch außerdem von den Umwelteinflüssen abhängig ist.

Dasselbe gilt für Spanplattenabschnitte, Preßpappen oder andere Holzprodukte. Die Ausdampfungsrate korrosiver Substanzen liegt dabei etwa 5 bis 10 mal höher als bei Naturholz. Bei Spanplatten und anderen kunstharzverleimten Holzprodukten spielen die zur Katalysierung der Kunstharze verwendeten Substanzen eine ent scheidende Rolle. Die oft verwendeten Salze z. B. Ammonium chlorid können sich sehr korrosiv auswirken.

Zu den ausdampfenden Säuren kommt auch noch ausdampfendes Form aldehyd hinzu. Formaldehyd tritt vermehrt bei mit Formaldehyd harz gebundenen Spanplatten sowie Holz- oder Zellstoffprodukten auf. Dieser Formaldehyddampf wird durch Luftsauerstoff und Feuchtigkeit unter katalytischer Mitwirkung der Eisenoberfläche zu Ameisensäure oxidiert. Rostkeime bilden sich durch Reaktion dieser Säuren mit der Eisenoberfläche, wobei auf der Oberfläche der völlig fettfreien Elektrobleche die entsprechenden Eisen salze in Verbindung mit der Luftfeuchtigkeit zu Rosterscheinun gen führen. Die so entstandenen Säuren wirken genauso rostaus lösend, als ob sie aus dem Holz kommen würden. Die Prozesse lau fen also nebeneinander ab - die direkte Ausdampfung von Säuren aus dem Holz und die Säurebildung über das Formaldehyd oder an dere Aldehyde an der Blechoberfläche.

Die ausdampfenden Produkte sind alle leicht flüchtig. Es kommt dabei auch zu einer gewissen Ausstrahlung, d. h., es setzt nicht nur an den direkten Kontaktstellen die Rostbildung ein, sondern auch in der Umgebung.

Um die Korrosionsbildung zu eliminieren, wurden Versuche mit unterschiedlichsten Holzschutzmitteln durchgeführt. Bei allen getesteten Produkten ergab sich eine unbefriedigende Korro sionsschutzwirkung. Es wurden Hölzer mit Lack imprägniert, was solange gut war, wie die Hölzer nicht benutzt wurden. Die ge schlossene Lackschicht wurde sofort bei der ersten Belastung durch Coils durchgedrückt und die Substanzen konnten wieder un gehindert ausdampfen.

Weitere Versuche wurden mit Kunststoffzwischenlagen gemacht. Alle verwendeten Kunststoffe waren zu glatt und stellten damit eine große Unfallgefahr für das Personal dar. Ein weiterer Nach teil war, daß sie zu teuer waren.

Damit die Feuchtigkeit nicht an das Holz herankommen konnte, wurden die Hölzer mit Paraffin imprägniert. Der Korrosionsschutz war gut und ausreichend, aber auch diese Oberfläche war zu glatt und konnte nicht belastet werden.

In der Verpackungsindustrie werden sog. Dampfphaseninhibitoren eingesetzt. Üblicherweise handelt es sich dabei um VCI- oder VPI-Papier. Dieses sind Papiere, die mit einer chemischen Sub stanz imprägniert worden sind und die Eigenschaft haben, leicht auszudampfen. Dabei setzen sich die ausgedampften Substanzen als dünner Film auf die Oberfläche der sie umgebenden Materialien. Dieser Film übt dann eine Korrosionsschutzwirkung aus. Die Pa piere stellen z. B. eine übliche Verpackungsart nach Übersee dar; neben Papier wird auch Filz getränkt.

Diese Inhibitoren haben die Aufgabe, daß sie die Oberfläche der sie umgebenden Materialien schützen sollen. Bei den zur Anwen dung kommenden Holzzwischenlagen versagen sie aber. Sie kommen nur mit dem Holz in Berührung, aber an die Kontaktstelle Eisen - Holz dringen sie nicht vor. Der Schutzfilm ist sehr dünn und das Holz dampft ständig aus. Außerdem vertragen die Dampfphasen inhibitoren nicht gut Säuren, d. h., sie haben in Anwesenheit von Säuren eine erheblich schlechtere Schutzwirkung als normal. Sie sind nicht in der Lage, die Säuren im Holz abzufangen.

Nachdem nun die rostauslösenden Faktoren geklärt waren, mußte eine Imprägnierung gefunden werden, die die korrosive Wirkung der Zwischenhölzer verhindern sollte. Wie festgestellt wurde, ist es sinnlos, Substanzen von außen einwirken zu lassen, weil nicht genügend Substanz über die Verdampfung transportiert wer den kann. Auch kriechen die Substanzen nicht durch jeden Spalt und unter jede Druckstelle. Es muß also dort eingegriffen wer den, wo die schädlichen Substanzen entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher in folgenden Phasen zu se hen:

1. Die Säuren im Holz müssen abgebunden und neutralisiert wer den.
2. Das Formaldehyd oder andere Aldehyde im Holz muß gebunden werden.
3. Durch geeignete Zusatzstoffe muß verhindert werden, daß von außen Wasser in das Holz eindringen kann und sich dadurch keine weiteren korrosionsauslösenden Stoffe bilden können.

Die Lösung der Aufgabe ist, eine basische Substanz zu finden, die die Säuren in einem so hohen Maß abbindet, daß auch die noch nicht entstandenen Säuren eliminiert werden können. Als zweites muß eine Substanz gefunden werden, die mit Formaldehyd reagiert und es unschädlich macht. Kunstharze und Wachse verhindern das erneute Eindringen von Wasser. Es wird gewissermaßen eine Dampf sperre errichtet, die ein Eindringen von Wasser in Holz unter drückt. Um diese Forderungen durchzuführen, werden die Hölzer am besten tauchimprägniert und danach einer Trockenbehandlung im Ofen ausgesetzt.

Die Lösung der Aufgabe ist also darin zu sehen, daß das Holz nicht nur von außen abgedichtet werden soll, sondern es sollen auch die im Holz befindlichen Substanzen abgebunden werden, damit sie nicht mehr ausdampfen und auch soll das Holz gegen äußere Wassereinflüsse geschützt werden.

Das Holz oder die Holzprodukte werden also genügend lange z. B. 30 bis 60 Sekunden einer Tauchimprägnierung unterzogen. Die Zeit im Tauchbad bestimmt zugleich die Eindringtiefe. Bei der Tauch imprägnierung dringt die Imprägnierungslösung über die Fasern und Zwischenzellräume ins Holzskelett ein. Bei Holzprodukten wer den die einzelnen Partikel umschlossen. Gleichzeitig wird jede Faser und jedes Partikel mit einer hydrophoben Schicht umman telt, die verhindert, daß erneut Wasser eindringt.

Die Substanzen im Holz werden also neutralisiert und abgebunden und zuletzt aus Sicherheitsgründen das Material abgedichtet. Dieses ist besonders dann wichtig, wenn die Hölzer einer mehr fachen Benutzung zugeführt werden sollen.

Die Imprägnierungslösung kann natürlich auch mit einem Farbstoff oder -pigment versehen werden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn eine Unterscheidung zwischen unbehandelten und imprägnier ten Hölzern oder Holzprodukten sowie Zelluloseprodukten wichtig erscheint. In diesem Fall wird die Imprägnierungslösung bevor zugt durch den Zusatz eines wasserlöslichen, alkalibeständigen Farbstoffes eingefärbt. Als Farbstoffe eignen sich z. B. Rhoda min B oder Methylenblau.

Neben der äußeren Kennzeichnung hat die Einfärbung noch einen weiteren Vorteil, und zwar, daß zum Zweck der Qualitätskontrolle an zersägten Hölzern die Eindringtiefe der Imprägnierungslösung festgestellt werden kann.

Nachdem die Hölzer abgetropft sind, werden sie am besten einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von über 100°C unterzogen, um damit das im Holz befindliche Wasser zu verdampfen. Anschließend können die Hölzer ihrer Verwendung zu geführt werden.

Die nachfolgenden Rezepturen geben verschiedene Zusammensetzun gen von Imprägnierungslösungen an.

Beispiel 1

2 Gew.-% Natriumtetraborat
8 Gew.-% Triethanolamin
5 Gew.-% Triethanolaminstearat
1 Gew.-% Paraffin
1 Gew.-% Verdicker
0,1 Gew.-% Netz- und Antischaummittel
82,9 Gew.-% Wasser

Diese Rezeptur beinhaltet Paraffin. Da Paraffin jedoch einen bestimmten Emulgator benötigt, muß auch Triethanolaminstearat beigegeben werden. Durch das Natriumtetraborat wird die Alkali tät hergestellt, wobei das Triethanolamin mit dem im Holz vor handenen Formaldehyd reagiert. Eine sehr gute Imprägnierungs lösung, die einen ausgezeichneten Langzeitschutz aufbaut.

Beispiel 2

5 Gew.-% Di-Kaliumhydrogenphosphat
3 Gew.-% Monoethanolamin
5 Gew.-% Polyethylenwachsdispersion
0,2 Gew.-% Verdicker
0,05 Gew.-% Netzmittel
86,75 Gew.-% Wasser

Eine typische Imprägnierungslösung für Naturhölzer. Sie dringt gut ein und hat auch eine gute Langzeitwirkung.

Beispiel 3

8 Gew.-% Natriumsilikat
5 Gew.-% Diethanolamin
10 Gew.-% Acrylatdispersion
0,2 Gew.-% Verdicker
0,1 Gew.-% Netz- und Antischaummittel
76,7 Gew.-% Wasser

Wie ersichtlich ist, werden bei den drei vorgenannten Rezepturen verschiedene Amine benutzt, die aber in ihrer Wirkung etwa alle gleich sind. Der Unterschied liegt nur in den verschieden star ken Dampfdrücken. Es wird im eigentlichen Sinne eine Fernwirkung durch die Amine erzeugt, wobei das Monoethanolamin die größte Fernwirkung hat.

Die Rezeptur im Beispiel 3 ist besonders für Spanplatten geeig net. Das enthaltene Natriumsilikat ist basisch und verfestigt zum einen noch die Spanplatten.

Beispiel 4

40 Gew.-% Diethanolamin
15 Gew.-% Polyesterdispersion
20 Gew.-% Natriumsilikatlösung
0,5 Gew.-% Verdicker
0,1 Gew.-% Netz- und Antischaummittel
24,4 Gew.-% Wasser

Während die Rezepturen 1 bis 3 gebrauchsfertige Imprägnierungs lösungen sind, handelt es sich bei der Rezeptur 4 um ein Konzen trat, welches vom Verbraucher im Verhältnis 1 : 3 mit Wasser verdünnt werden muß. Auch diese Rezeptur eignet sich gut für Spanplatten.

Mit dem Verdicker kann generell die Eindringtiefe der Imprägnie rungslösung gesteuert werden.

Claims

1. Chemische Imprägnierungslösung zur Herstellung von korro sionsinerten Verpackungshölzern und Holzprodukten und/oder Zelluloseprodukte auf der Basis einer wäßrigen Lösung, welche durch in Kontaktbringen der Holzoberflächen mit der Imprägnierungslösung ihre Wirkung zeigt, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lösung eine basische Lösung ist, Formal dehyd bindet und eine Substanz zur Hydrophobierung enthält.

2. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung als basische Substanz minde stens ein Silikat, Borat, Karbonat, sekundäres oder ter tiäres Phosphat eines Alkalimetalles und/oder Erdalkalime talles enthält.

3. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung ein oder mehrere Amine, vor zugsweise Mono-, Di- oder Trialkanolamine enthält.

4. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz einer Wachs-, Paraffin- und/oder Kunstharzdispersion bzw. Lösung bein haltet.

5. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Netzmittels aufweisen kann.

6. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Antischaum mittels aufweisen kann.

7. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Verdickungs mittels aufweisen kann.

8. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung ein Farbstoff und/ oder Farbpigment zugesetzt werden kann.

9. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Hölzer oder Holzprodukte mit der Imprägnierungslösung in Berührung bringt und anschließend einem Trockenprozeß unterzieht.

10. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß je nach Art des verwendeten Amines eine Korrosionsschutzfernwirkung von den imprägnier ten Hölzern oder Holzprodukten ausgeht.

11. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung als Konzentrat oder gebrauchsfertige Lösung hergestellt wird.