DE4036875A1

DE4036875A1 - Verfahren zur verbesserung der bearbeitbarkeit von holz, insbesondere von holz zur herstellung von schreib-, zeichen- oder malstiften aller art, sowie nach diesem verfahren hergestellte produkte, insbesondere schreib-, zeichen- oder malstifte mit holzschaeften

Info

Publication number: DE4036875A1
Application number: DE19904036875
Authority: DE
Inventors: Werner Handl
Original assignee: JS Staedtler GmbH and Co KG
Current assignee: R+S HOLZPRODUKTE GMBH & CO. SCHNITTHOLZ OHG, 91593
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2010-11-20
Also published as: DE4036875C3; DE4036875C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Be arbeitbarkeit von Holz, insbesondere zur Herstellung von Blei stiftholz und danach hergestellte Produkte, vorzugsweise Schreib-, Zeichen- oder Malstifte mit Holzschäften.

Für die Herstellung holzgefaßter Blei- und Farbstifte werden üblicherweise Holzarten wie Zeder, Weymouthkiefer und Jelutong eingesetzt. Die Anforderungen an derartige Hölzer, wie leichte Spitzbarkeit, gute Lackierbarkeit, Verzugsfreiheit, gute Bear beitbarkeit, hohe mechanische Festigkeit sowie attraktives Aus sehen, begrenzen die zur Verfügung stehenden Sorten. Aufgrund der genannten Anforderungen ist die Zeder das am häufigsten verwendete Stiftholz.

Unter dem Gesichtspunkt zunehmenden Umweltbewußtseins spielt die Ökologie eine immer größer werdende Rolle. Dies hat zur Folge, daß insbesondere langsamwüchsige bzw. an bestimmte klimatische Bedingungen gebundene Holzarten unter dem Aspekt langfristiger Verfügbarkeit zu sehen sind. Auch ist die Aus beute an verwendungsfähigem Bleistiftholz pro Baum durch spe zielle Zuschnittgeometrien sowie durch Selektierung in Kern- und Splintholz vergleichsweise gering.

Zudem werden die Hölzer mit synthetischen Farbstoffen gefärbt und zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Spitzbarkeit mit Wachsemulsionen bzw. -dispersionen imprägniert. Dies hat zur Folge, daß durch spätere Migration der Imprägnierungssubstanzen bzw. durch Hydrophobierung die Verleimung der Hölzer, die übli cherweise mit wäßrigen Dispersionsklebern erfolgt, beeinträch tigt wird. Auch die spätere Lackierung der Stifte kann auf diese Art und Weise ungünstig beeinflußt werden. Für die aufge führten Mängel können jedoch auch natürliche Holzinhaltsstoffe verantwortlich sein.

Nachteilig ist bisher auch, daß bei mangelhafter Holzselektion oder infolge von Fehlern bei der Trocknung bzw. aufgrund natür licher Holzfehler ein Verziehen der Brettchen und/oder der Stifte eintritt.

Bei den heute üblichen Hochleistungs-Bearbeitungsmaschinen kommt dem Werkzeugverschleiß eine nicht unwesentliche Bedeu tung zu. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der ph-Wert des Hol zes, der durch Art und Menge der natürlichen Inhaltsstoffe mit bestimmt wird, auf die mechanische Bearbeitung des Holzes ent scheidenden Einfluß hat. So können kurzkettige Säuren, die in manchen - insbesondere tropischen - Hölzern in Mengen von etwa 0,2% frei vorkommen, auf Metalle korrodierend wirken und die Standzeiten (=die Lebensdauer) von Werkzeugen erheblich herab setzen.

Es sind daher zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, Blei- und Farbminen mit gefüllten und/oder verschäumten Kunststoffen mittels Extrusion zu ummanteln. Derartige Verfahren machen zwar den Einsatz von Holz ganz oder teilweise überflüssig, doch ist im Hinblick auf die fossile Basis derartiger Kunststoffe einem nachwachsenden Rohstoff der Vorzug zu geben. Die technischen Unzulänglichkeiten derartiger synthetischer Stifte brauchen nicht weiter beschrieben zu werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mechanisch leicht bearbeitbare Holzprodukte, insbesondere gut spitzbare Schreib-, Zeichen- oder Malstifte, sowie ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, bei Hölzern, insbe sondere bei klassischen Stifthölzern, wie z. B. bei Zedernholz, die Ausbeute und die Qualität zu erhöhen, sowie andere, bislang nur schwer- oder nicht ausreichend bearbeitbare bzw. für Stifte nicht verwendbare Hölzer derart aufzubereiten, daß sie sich auch für holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte gut eig nen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt anspruchs vorteilhaft gelöst.

Im Holz sind Zellulose, Hemizellulosen und Lignin die Haupt bestandteile der verholzten Zellwand. Als Begleitstoffe finden sich im Zellinhalt, in der Zellwand und in den zellulären Hohl räumen weitere, meist lösliche, Stoffe, die als Inhaltsstoffe bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß werden die geschnittenen Hölzer innerhalb eines geeigneten Druckgefäßes unter hohem Druck mit einem Gas, vor zugsweise mit Luft oder Stickstoff, beaufschlagt. Große Anteile des Gases werden dadurch von den Zellen absorbiert. Das Druck gefäß wird nun schlagartig dekomprimiert. Durch den plötzlichen Druckabfall bilden sich im Inneren der einzelnen Zellmembranen sich ausdehnende Gasblasen, welche die Membranen sprengen. Die ser Vorgang läßt sich mit der "Caisson-Krankheit" vergleichen, von der Tiefseetaucher befallen werden können.

Der Grad der Zellaufbrechung ist über die Einstellung des Gas drucks leicht zu regeln. Auch hat die Feuchtigkeit des Holzes entscheidenden Einfluß auf den Erfolg des Verfahrens. Es wurde nämlich gefunden, daß der Zellaufbruch desto effektiver ist, je feuchter das Holz ist. Ideale Voraussetzungen für die Anwendung des Verfahrens bietet schnittfeuchtes Holz mit 40-50% Feuchte, da hierbei auf hohe Druckwerte verzichtet werden kann.

Großer Einfluß auf die Effektivität des Verfahrens scheint auch der Löslichkeit der Gase in der Zellflüssigkeit zuzukommen. Da sich in jeder einzelnen Zelle Gasbläschen ausbilden, treten auch überall die gleichen Aufreißkräfte auf, wodurch eine über raschende Einheitlichkeit erzielt wird.

Durch die graduelle Zerstörung der Zellwände infolge schlag artiger Dekompression nehmen die mechanischen Eigenschaften eines derart behandelten Holzes drastisch ab, da auf diese Art und Weise ein erheblicher Festigkeits- und Stabilitätsverlust im Holz eintritt, der jedoch bei Blei- und Buntstiften nicht ins Gewicht fällt.

Durch eine derartige Behandlung lassen sich auch Hölzer für die Stiftherstellung vorbereiten, die bislang als für diesen Zweck völlig ungeeignet verworfen werden mußten. Insbesondere unter gemäßigten klimatischen Bedingungen rasch wachsende Holz arten, wie z. B. Pappel oder Douglasie, lassen sich somit als Stifthölzer einsetzen.

Dies ist nicht nur in ökologischer, sondern auch in ökonomi scher Hinsicht vorteilhaft, da nun statt - wie bisher häufig - wertvoller, empfindlicher Regenwaldgehölze von z. T. 100 bis 200 Jahre alten Bäumen oder auch Zedern und Weymouth kiefern mit einer Nachwachsdauer von ca. 40-60 Jahren auf schnellwüchsige, umweltverträgliche und schädlingsresistente einheimische Holzarten, wie insbesondere Pappelholz mit einer Aufforstzeit von ca. 20 Jahren, ausgewichen werden kann. Dies garantiert die rasche und ständige Verfügbarkeit entsprechen den Materials.

Unter dem Begriff "Pappel" sind insbesondere die drei Pappelar ten "Populus tremula" (Zitterpappel, Espe), "Populus alba" (Weiß- oder Silberpappel) und "Populus nigra" (Schwarzpappel) zu verstehen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren bevor zugt geeignet sind.

Sofern dennoch Zedern- oder anderes herkömmliches Stiftholz verwendet wird, ist dieses durch das erfindungsgemäße Verfahren besser ausnutzbar, da nun das sogenannte Kernholz neben dem bisher fast ausschließlich verwendeten Splintholz vollständig genutzt werden kann.

Obwohl der Festigkeitsverlust des Holzes durch das beschriebene Verfahren in manchen Bereichen, in denen es speziell auf Stabi lität ankommt (z. B. Bauwesen), von Nachteil sein kann, sind die Vorteile eines weniger stabilen und daher leichter zu bearbei tenden Holzmaterials neben dem genannten ggf. auch in anderen Bereichen nutzbar. Zu denken ist dabei z. B. an den Modellbau, an das Holzschnitzen, an die Herstellung von Dekorationshölzern in der Möbelindustrie u.ä.

Von Vorteil ist es dem Druckgas in kleinen Mengen Ammoniak zuzusetzen. Hierdurch werden zum einen die Zellmembranen durch lässiger gemacht und zum anderen anwesende Säuren neutrali siert, wodurch Korrosionsschäden an den Bearbeitungsmaschinen vermieden werden.

Als Imprägnierungsmittel eignet sich bevorzugt Polyglykol, ins besondere Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von vor zugsweise 1000 bis 6000.

Die vorliegende Erfindung sei nachfolgend anhand einiger Bei spiele erläutert:.

Beispiel 1

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbrettchen mit den Abmessungen 185×72×5 mm und einer Feuchte von 10% mit Stickstoff, dem 1 Vol% Ammoniak zugesetzt ist, mit einem Druck von 150 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 10 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wird schlagartig dekomprimiert.

So behandelte Brettchen ließen sich mit üblichen Bleistiftma schinen gut bearbeiten und die Stifte zeigten eine über raschend gute Spitzbarkeit.

Beispiel 2

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 15% mit Luft, der 2 Vol% Ammoniak zugesetzt wurde, mit einem Druck von 60 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 25 min aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Beispiel 3

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbretter (z. B. Bohlen) mit den Abmessungen 1000×150×50 mm und einer Feuch te von 40% mit Luft, der 1 Vol% Ammoniak zugesetzt ist, mit einem Druck von 20 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 15 min aufrechterhalten. Anschließend wird schlag artig dekomprimiert.

Die Bretter werden auf bekannte Art getrocknet und auf die gewünschte Größe gesägt.

Beispiel 4

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Hölzer auch imprägniert und/oder gefärbt werden. Dies kann sowohl bei vorgeschnittenen als auch bei bereits auf Endlänge geschnit tenen Hölzern erfolgen.

Zu diesem Zweck werden die Hölzer in einem Druckbehälter mit einer Lösung von 20 Gew.Teilen Polyglykol MG 1500 und 80 Gew.Teilen Wasser getränkt und für eine Dauer von 5 min. mit einem Druck von 10 bar beaufschlagt. Nach der Druckentlastung wird die nicht verbrauchte Lösung abgepumpt und die Hölzer wer den wie in Beispiel 1 behandelt. Vor der Weiterverarbeitung mit üblichen Bleistiftmaschinen werden die Hölzer auf herkömmliche Art getrocknet.

Beispiel 5

In einem Druckbehälter werden astfreie Douglasienholzbrettchen mit einer Lösung von 25 Gew.Teilen Polyglykol MG 1000, 3 Teilen Quebrachoextrakt (=natürlicher Farbstoff) und 72 Gew.Teilen Wasser getränkt. Die Weiterbearbeitung erfolgt gemäß obigem Beispiel 4.

Beispiel 6

In einem Druckbehälter werden astfreie Erlenholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 60% mit Luft und einem Druck von 8 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 10 min. aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Beispiel 7

In einem Druckbehälter werden astfreie Zedernholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 15% mit Luft, der 0,1 Vol% Ammoniak zugesetzt wurde, mit einem Druck von 60 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 25 min aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Mechanisch zu bearbeitende Holzprodukte, und hier insbesondere Schreib-, Zeichen- oder Malstifte, deren Holz nach den beschriebenen Verfahren behandelt wurde, weisen eine graduell zerstörte bzw. zersprengte Zellstruktur der Holzfasern auf und lassen sich dadurch gut und leicht sägen, schneiden, fräsen, schnitzen und insbesondere gut spitzen.

Derartige Produkte bzw. Stifte lassen sich somit nun auch aus Holzarten herstellen, die ohne die erfindungsgemäße Behandlung hierfür völlig ungeeignet waren oder deren Verwendung bei übli cher Behandlung nur zu Produkten bzw. Stiften minderer Qualität geführt hat.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Holz, insbesondere von Holz, das zur Herstellung von holzgefaßten Blei- und Farbstiften verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz innerhalb eines geeigneten Druckgefäßes unter Druck mit einem Gas oder Gasgemisch beaufschlagt und daß dann das Druckgefäß schlagartig dekomprimiert wird.

2. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Holz, insbesondere von Holz, das zur Herstellung von holzgefaßten Blei- und Farbstiften verwendet wird, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst das Holz innerhalb eines geeigneten Druck gefäßes mit einem geeigneten Imprägnierungsmittel tränkt, mit Druck beaufschlagt, das Druckgefäß nach einer vorbe stimmten Zeit dekomprimiert und dann das überschüssige Imprägnierungsmittel abpumpt.

3. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Holz, insbesondere von Holz, das zur Herstellung von holzgefaßten Blei- und Farbstiften verwendet wird, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst das Holz innerhalb eines geeigneten Druck gefäßes mit einem geeigneten Farbmittel tränkt, mit Druck beaufschlagt, das Druckgefäß nach einer vorbestimmten Zeit dekomprimiert und dann das überschüssige Farbmittel abpumpt.

4. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Holz, insbesondere von Holz, das zur Herstellung von holzgefaßten Blei- und Farbstiften verwendet wird, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst das Holz innerhalb eines geeigneten Druck gefäßes geeigneten Imprägnierungsmittel und mit einem geeigneten Farbmittel tränkt, mit Druck beaufschlagt, das Druckgefäß nach einer vorbestimmten Zeit dekomprimiert und dann das überschüssige Farbmittel abpumpt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz in vorgeschnittener oder in endgültiger Form in das Druckgefäß eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 60% auf weist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 30% auf weist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz einen Feuchtigkeitsgehalt von 30 bis 60% auf weist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zur Beaufschlagung des Holzes im Druckgefäß 5 bis 150 bar beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit der Druckbeaufschlagung des Holzes im Druckge fäß 2 bis 60 Minuten, vorzugsweise 5 bis 30 Minuten beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gas um Stickstoff, Sauerstoff oder Helium oder um Mischungen hiervon handelt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gas um Luft handelt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas Ammoniak zugesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel Polyglykol ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbmittel ein natürlicher wasserlöslicher Farb stoff ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbmittel ein Quebrachoextrakt ist.

17. Holzprodukt,das gut und leicht mechanisch bearbeitbar ist, und dessen Ausgangsmaterial nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bearbeitet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Holzes eine ganz oder teilweise aufgebrochene, zersprengte oder graduell zerstörte Zellstruktur aufweisen.

18. Schreib-, Zeichen- oder Malstift mit einem Holzschaft bzw. -mantel, der gut und leicht mechanisch zu bearbeiten ist und dessen Holz nach einem Verfahren gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche 1 bis 16 bearbeitet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz ganz oder teilweise aufgebrochene, zersprengte bzw. graduell zerstörte Zellstrukturen aufweist.