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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Behandlung von Holz, um das Auftreten von Flecken
darauf zu verhindern oder zu kontrollieren. Die Erfindung ist insbesondere
auf eine Behandlung zur Verhinderung des Auftretens von Splintholz-Flecken
gerichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Nachdem Holz von den Bäumen geschnitten wurde,
bleibt es einem Prozess der Zersetzung und der Verrottung ausgesetzt.
Für die
Industrie, und insbesondere für
die Möbel-
und Bauindustrie, ist eine der am meisten einschlägigen und
unerwünschten Folgen
der Holz-Verrottung das Auftreten von Flecken und Rissen dergestalt,
dass – zusammen
mit der Gegenwart von Ästen
und anderen sichtbaren Defekten – es dessen Erscheinungsbild
verschlechtert, und es in Folge dessen schwierig macht, dieses Holz
für solch
besondere Zwecke zu verwenden.
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Es sind viele Faktoren für die Verrottung
des Holzes verantwortlich, nämlich:
physikalische, chemische und biologische Faktoren. Unter den biologischen
Faktoren können
die Belastungen durch Bakterien oder Pilze erwähnt werden, die verhindert
oder behandelt werden können,
indem das Holz mit Bioziden imprägniert
wird. Jedoch kommt es auch zur biologischen Verrottung, welche durch
nicht-mikrobielle Faktoren verursacht wird, wie z.B. enzymatische
Reaktionen, und dies führt
ebenfalls zum Auftreten von Flecken auf dem Holz.
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Beispielsweise entwickelt Holz, das
von vielen Spezies von Bäumen
abstammt, aschfarbene Flecken, welche durch enzymatische Reaktionen hervorgerufen
werden und die „Splintholz-Flecke" (sapwood stains)
genannt werden. Obwohl der Ursprung solcher Flecken nicht genau
verstanden wird, ist es bekannt, dass die Zellen des Holz-Parenchyms mit
dem Absterben Enzyme produzieren, welche oxidieren und im Allgemeinen
aschfarben werden. Die Fleckenintensität und -ausdehnung variiert
entsprechend der jeweils unterschiedlichen Spezies des Holzes (des
Baumes). Diese Art von Flecken wird in der technischen Literatur
in Bezug auf die Spezies beschrieben, wie z.B. Roteiche (read oak,
Quercus rubra), Glattblättriger
Zürgelbaum
(Sugar Hackberry, Celtis laevigata), Blumenesche (Flowering Ash,
Fraxinus spp.), Tulpenbaum (yellow-poplar, Liriodendron tulipifera
L.), und dergleichen. Im Falle der Eukalyptus-Spezies ist es beispielsweise
möglich,
durch Erstellen eines Querschnitts auf dem Holz das Auftreten von
Splintholz-Flecken zu beobachten, welches sich von dem Übergangsbereich
zwischen dem Kern und dem Splintholz (auch „Alburnum" genannt) entwickelt, bis es sich über den
gesamten Splintholz-Abschnitt
verbreitet. Nachdem Eukalyptus-Holzbretter geschnitten und geglättet wurden,
zeigen sie üblicherweise
aschfarbene Flecken, die es sehr schwierig und ungeeignet machen,
sie für
Endprodukte zu verwenden, die für
einen späteren
Gebrauch mit einer sichtbaren Endbehandlung vorgesehen sind.
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Verschiedene Verfahren wurden entwickelt, um
das Auftreten von Flecken enzymatischen Ursprungs auf Holz zu verhindern.
Beispielsweise sind bereits Verfahren bekannt, gemäß denen Holz
einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wobei die Verfahren
ausgeführt
werden können
mittels Dämpfen
(Bedampfung), Mikrowellen oder durch Eintauchen des Holzes in heißes Wasser.
In dieser Hinsicht beschreibt der Artikel "Oxidizing Enzymes and their Relation
to Sap Stain in Lumber",
veröffentlicht
in der "Botanical
Gazette" im Jahr
1910, bereits eine vorbeugende Behandlung, welche das Eintauchen
von Holz in kochendes Wasser (100°C)
für einige
Minuten umfasst. Entsprechend diesem Dokument verhindert das Eintauchen
in Wasser das Auftreten von Flecken. Um jedoch sicher zu stellen,
dass keine Flecken auftreten, sollte das so behandelte Holz unter Abdecken
abgekühlt
werden, so dass eine Lichtexposition vermieden wird.
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Der Einsatz chemischer Verbindungen
zur Behandlung von Holz bei einem Versuch, das Auftreten ungewollter
Flecken zu vermeiden, ist ebenso aus dem Stand der Technik bekannt.
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Chemische Verbindungen, wie z.B.
Natriummetabisulfit, -bromid, Ammoniak und dergleichen, werden beschrieben
als geeignet zum Abtöten
der Zellen des Parenchyms in kontrollierter Weise oder zur Verhinderung
des Oxidationsprozesses, um somit die Bildung von Flecken zu vermeiden.
Ein Beispiel für
einen Prozess, der chemische Verbindungen zu diesem Zweck verwendet,
ist in US-A-5,480,679 beschrieben.
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Weitere Verfahren, die zur Verhinderung
von Flecken auf Holzblöcken
beschrieben sind, umfassen die Anwendung einer mechanischen Kraft,
wie im Verfahren von US-A-5,858,487 beschrieben, demzufolge eine
mechanische Kraft, wie z.B. eine Kompression oder Vibration, für einige
Zeit und mit einer Intensität,
die ausreichend ist, um den Fleck zu produzieren oder zu beseitigen,
auf das Holz einwirkt.
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Jedoch zeigen alle aus dem Stand
der Technik bekannten Verfahren unerwünschte Nebenwirkungen, wie
z.B. die Bildung von dunklen Streifen, wie diejenigen, die sich
aus der Behandlung mit Natriummetabisulfit ergeben, oder das Auftreten
von Oberflächenrissen
auf Holz, das durch Bedampfung oder durch bloßes Eintauchen in heißes Wasser
behandelt wurde, was gleichermaßen
dieses Holz vom bestimmungsmäßigen und
besonderen Endverbrauch ausschließt, abgesehen von den damit
einhergehenden, beträchtlich
hohen Kosten.
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Zusätzlich besitzen Verfahren,
die eine Holzbehandlung mit chemischen Verbindungen umfassen, den
weiteren Nachteil, dass viele dieser Verbindungen toxisch sind oder
zumindest einen sehr unangenehmen Geruch erzeugen, der ernsthaftes
Unbehagen bei den beteiligten Technikern und den Personen hervorruft,
die nahe an der Holzbehandlungsstation arbeiten.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein wirksames und billiges Verfahren zur Behandlung von Holz bereitzustellen,
in der Absicht, das Auftreten von Flecken darauf zu verhindern oder zu
kontrollieren, und dass es seine Struktur als Ganzes bewahrt, ohne
Risse oder andere Defekte auf dem Holz zu verursachen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Behandlung von Holz, um das Auftreten von Flecken
zu verhindern oder zu kontrollieren, welches einen Schritt des Erhitzens
von grünem
Holz in einer feuchtigkeits-gesättigten
Umgebung umfasst, bis die Temperatur des Kernholzes in einem Bereich
von etwa 60°C
bis etwa 95°C
liegt, gefolgt von einem Schritt des allmählichen Abkühlens des Holzes. Während des
Abkühl- schrittes
wird das Holz in einer Umgebung gehalten, deren Feuchtigkeitsgehalt
im Bereich von 95% bis 100% liegt.
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Genaue Beschreibung der
Erfindung
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Die Erfinder stellten fest, dass
es möglich
ist, das Auftreten von Flecken auf Holz, hauptsächlich Flecken enzymatischen
Ursprungs (Splintholz-Flecken) zu vermeiden oder beträchtlich
herabzusetzen, mittels einer thermischen Behandlung, welche die Schritte
eines kontrollierten Erhitzens und Abkühlens des Holzes in einer Atmosphäre mit einem
spezifischen Feuchtigkeitsgehalt umfasst, welche die Bedingungen
bereitstellt, die erforderlich sind, um die Bildung von Rissen und
anderen unerwünschten
Nebenwirkungen auf dem Holz zu verhindern.
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Entsprechend dem Verfahren der Erfindung wird
grünes
Holz, das in Holzblöcke
oder Bretter geschnitten werden kann, einem Erhitzungsschritt in
einer feuchtigkeits-gesättigten
Atmosphäre
unterzogen. Die Sättigung
während
des Erhitzens sollte vollkommen sein, d.h., der Feuchtigkeitsgehalt
in der Umgebung, in der das Holz erhitzt wird, sollte 100% betragen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der Erhitzungsschritt durch Eintauchen des Holzes in ein heißes Wasserbad
ausgeführt,
welches die erforderliche Feuchtigkeitsumgebung sicherstellt.
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Die hohe Erhitzungstemperatur verursacht den
Tod der Holz-Parenchymzellen,
und verhindert somit die Aktivität
dieser Zellen und die nachfolgenden Prozesse der enzymatischen Oxidation,
welche die Flecken bilden würde,
während
die Sättigung
der Umgebung die Bildung von Oberflächenrissen verhindert.
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Die Erhitzungstemperatur sollte ausreichend sein,
damit das Kernholz einen Bereich von etwa 60 bis 95°C erreicht,
vorzugsweise etwa 85°C.
Aus diesem Grund und wie leicht von einem Fachmann festgestellt
werden kann, wird die Temperatur in der Erhitzungsumgebung sowie
die notwendige Zeit, die das Holz darin gehalten werden muss, von
verschiedenen Faktoren abhängen,
wie z.B. der Dicke der zu behandelnden Blöcke oder Bretter, deren Dichte
und dergleichen. Der wesentliche Aspekt ist jedoch, dass die Temperatur
und die Zeit auf solche Weise eingerichtet werden, dass die Erhitzung
der Kernregion den vorstehend erwähnten Temperaturbereich erreichen
kann.
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Nach dem Erhitzungsschritt lässt man
das Holz dann in einer Umgebung abkühlen, die ihren Feuchtigkeitsgehalt
innerhalb eines Bereiches von 95 bis 100% bewahrt. Es ist notwendig,
dass der Abkühlungsschritt
in dieser Weise ausgeführt
wird, um die gewünschten
Ergebnisse zu erzielen, so dass die Feuchtigkeit auf der Holzoberfläche nach
dem Erhitzen nicht verloren geht; andernfalls steigt die Möglichkeit
des Auftretens von Oberflächenrissen
aufgrund des Gradienten der inneren und oberflächlichen Feuchtigkeit, der
erzeugt wird. Es muss beobachtet werden, dass das Auftreten von
Rissen als Funktion von zahllosen weiteren Faktoren potenziert werden
kann, wie z.B. der Anfälligkeit
des Materials, Risse zu bilden, welche durch Wachstumsstress verursacht
werden, unangemessenes Schneiden der Blöcke in Planken und dergleichen.
Jedoch auch in diesen Fällen
wird die Bildung von Rissen durch den erfindungsgemäßen Prozess
wesentlich herabgesetzt.
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Vorzugsweise wird der Abkühlungsschritt durch
Abdecken des erhitzten Materials mit einem feuchtigkeits-undurchlässigen Material
ausgeführt. Dies
stellt auf einfache Weise sicher, dass die Abkühlung unter Aufrechterhaltung
des erforderlichen Grades an Feuchtigkeit stattfindet. Jedoch kann
das Abkühlen
in beliebiger Weise ausgeführt
werden, welche die Aufrechterhaltung der Feuchtigkeit innerhalb des
gewünschten
Bereiches gewährleistet,
d.h., die einen schnellen Verlust an Feuchtigkeit von der Holzoberfläche an die
Umgebung verhindert. Beispiele für
Mittel und Verfahren, die für
den Einsatz im Abkühlungsschritt
geeignet sind, umfassen beispielsweise Kühltunnels, oder Eintauchen
des Holzes in Wasser. In bevorzugter Weise wird das behandelte Holz
lediglich der Umgebungsluft ausgesetzt, nachdem es abgekühlt wurde,
bis die Temperatur des Kernholzes einen Wert von etwa 45°C erreicht
oder in einem Bereich von 10°C
bis 20°C
oberhalb der Raumtemperatur liegt, welche von der behandelten Spezies
und dem Ort (Umgebung) abhängt,
um einen thermischen Schock und seine Folgen zu verhindern.
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Das vorliegend beanspruchte Verfahren zeigt
ebenfalls zusätzliche
Vorteile, da es in Verbindung mit anderen Verfahren eingesetzt werden
kann, bei denen Konservierungsstoffe, wie z.B. Borate, verwendet
werden, abgesehen von einer Milderung des Wachstumsstress' in den behandelten
Brettern oder Blöcken.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
ist geeignet, um das Auftreten von Flecken enzymatischen Ursprungs
auf verschiedenen Spezies von Holz zu verhindern oder zu kontrollieren,
wie z.B. Spezies des Genus Eukalyptus, deren Einsatz auf dem Markt
für Möbelproduktion
sowie für
andere Anwendungen in letzter Zeit zugenommen hat, wo eine "offensichtliche" (sichtbare) Form
benötigt
wird, in welchem Fall die Verhinderung der Holzverfärbung und
Verrottung von sehr großer
Bedeutung ist.
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Das nachfolgend gegebene, erläuternde
Beispiel dient dazu, die vorliegende Erfindung in einer besseren
und präziseren
Weise zu beschreiben. Jedoch beziehen sich die hierin erläuterten
Daten und Verfahren lediglich auf einige Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und sollen nicht als begrenzend für deren Umfang angesehen werden.
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Beispiel
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Bretter von grünem Holz mit einer Dicke von 32
mm und mit mindestens einer Splintholz-Fläche wurden in einen Tank getaucht,
der mit auf 95°C
vorgeheiztem Wasser gefüllt
war, 5 Tage nachdem sie geschnitten worden waren. Während des
Eintauchschrittes wurde die Holzkerntemperatur gemessen, bis sie
etwa 85°C
erreichte, was 15 Minuten nach Beginn des Verfahrens eintrat.
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Das Material wurde aus dem heißen Wasserbad
entfernt und anschließend
gestapelt und sofort mit einem feuchtigkeits-undurchlässigen Canvas
bedeckt. Der Verfahrensschritt des Entfernens des Materials aus
dem Bad und des Bedeckens des Stapels dauerte etwa 5 Minuten. Den
Holzstapel ließ man
auf natürliche
Weise abkühlen,
die Temperatur des Kerns der Bretter wurde aufgezeichnet. Wenn diese Temperatur
45°C erreichte,
wurde die Abdeckung entfernt, und das Holz wurde im Freien aufgestapelt, entsprechend
den üblichen
Verfahren. Nachdem man die Bretter für einen Zeitraum an freier
Luft trocknen ließ,
und darüber
hinaus in einem Ofen trocknen ließ, bis die Feuchtigkeit 10%
erreicht hatte, wurden die Bretter anschließend auf ihren verschiedenen
Seiten geglättet
und bewertet. Kein Splintholz-Fleck wurde festgestellt.