DE60217491T2 - Konservierung von holz mit kaliumformiat oder calciumformiat - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung einer bestimmten Lösung zur Behandlung von Holz, um eine verbesserte Konservierung des Holzes zu erzielen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verbesserung der Fäulnisbeständigkeit von Holz.
- Die wichtigsten biologischen Ursachen des Holzverfalls sind Fäulnispilze und Insekten, wie etwa Termiten. Herkömmlicherweise wird eine verbesserte Konservierung von Holz durch Wärmebehandlung oder Druckimprägnierung erzielt. Bei der Wärmebehandlung wird Holz bei erhöhter Temperatur gelagert (über 200°C), wodurch das Holz getrocknet und gleichzeitig seine Struktur verändert wird. Durch die Wärmebehandlung wird eine gewisse Steigerung der Fäulnisbeständigkeit bewirkt. Eine exzessive Wärmebehandlung schwächt jedoch die mechanischen Eigenschaften des Holzes. Die mit dem Verfahren der Wärmebehandlung erzielten Ergebnisse im Hinblick auf die Fäulnishemmung sind nicht so gut wie die Resultate, die mit dem verfahren der Druckimprägnierung erzielt werden. Bei der Druckimprägnierung basiert der Fäulnisschutz auf dem Imprägnieren von Holz mittels Druck, unter Verwendung einer Lösung, die beispielsweise ein Kupfer-, Zink-, Chrom- oder Arsensalz, oder Mischungen davon, enthält, wobei die Salze die mikrobiologische Aktivität im Holz verhindern. Bei den Salzen kann es sich zum Beispiel um Carboxylate, wie etwa Acetate oder Formiate handeln.
- Aus der veröffentlichten Patentanmeldung WO 9527600 ist ein Holzschutzmittel bekannt, das als Hauptbestandteil Kupferacetat und wahlweise Zinkacetat enthält, sowie ein Nitrit, wie etwa Natriumnitrit, über welches ausgesagt wird, dass es das Auswaschen von Kupfer- und Zinkionen aus dem behandelten Holz vermindert. Zusätzlich enthält das Holzschutzmittel ein chemisches Stabilisierungsmittel, bei dem es sich um ein Ammoniumsalz einer schwachen organischen Säure oder um eine Mischung eines solchen Ammoniumsalzes mit einem Alkalimetallsalz einer schwachen organischen Säure handelt. Gemäß dieser Veröffentlichungsschrift gehören zu den bevorzugten Stabilisierungsmitteln Ammoniumacetat und eine Mischung aus Ammoniumacetat und Natriumacetat. Auch bei dieser Veröffentlichung basiert der Holzschutz auf "weniger schädlichen" Metallen, wie z.B. Zink und Kupfer, welche Chrom und Arsen ersetzen.
- Die Anwendung eines Druckimprägnierungsverfahrens, das auf der Verwendung von Schwermetallen, wie Cu, Zn, Cr und As, basiert, ist bekanntlich problematisch, da ein derart druckbehandeltes Holz, z.B. wegen der darin enthaltenen Metalle, nicht verbrannt werden darf. Das druckbehandelte Holz ist somit Problemmüll, der nicht recyclebar ist. Dieses Problem tritt natürlich nicht bei wärmebehandeltem Holz auf, jedoch lassen sich mit der Wärmebehandlung keine so guten Ergebnisse (im Hinblick auf die Holzkonservierung) erzielen wie mit dem verfahren der Druckimprägnierung.
- Es besteht demnach ein klarer Bedarf an einer Holzbehandlungslösung, die zwar genauso wirksam ist wie die bereits existierenden Lösungen, welche bei dem Verfahren der Druckimprägnierung Verwendung finden, aber bei der keine chemischen Substanzen verwendet werden, durch die das Holz zu Problemmüll würde. Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer umweltfreundlichen Holzbehandlungslösung und eines umweltfreundlichen Verfahrens.
- Tatsächlich betrifft die Erfindung die Verwendung von Kaliumformiat oder Calciumformiat, in Form einer schwermetallfreien Lösung zur Behandlung von Holz, als Imprägnierungsmittel zum Schutz von Holz gegen durch Pilze und/oder Insekten verursachten Verfall.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Holzbehandlungslösung bereitgestellt, die keine Schwermetalle enthält und die als Imprägnierungsmittel Kaliumformiat oder Calciumformiat enthält.
- Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Behandlung von Holz bereitgestellt, um dessen Konservierung zu verbessern. Bei diesem Verfahren wird Holz mit einer Holzbehandlungslösung behandelt, die frei von Schwermetallen ist und als Imprägnierungsmittel Kaliumformiat oder Calciumformiat enthält.
- Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein imprägniertes Holz erhalten, das als Imprägnierungsmittel Kaliumformiat oder Calciumformiat enthält, und zwar in einer Menge von 1-20 Gewichtsprozent.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von Mischungen dieser Salze möglich.
- Die Holzbehandlungslösung enthält vorzugsweise 2-40 Gew.-%, mit größerem Vorzug 4-20 Gew.-%, Kaliumformiat oder Calciumformiat.
- Erfindungsgemäß kann es sich bei dem zu behandelnden Holz um unbehandeltes Holz handeln, jedoch wird wärmebehandeltes Holz bevorzugt. Die Wärmebehandlung kann zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von ungefähr 180-200°C durchgeführt werden.
- Das erfindungsgemäße Holzbehandlungsverfahren kann durch Anwendung eines per se bekannten Verfahrens durchgeführt werden, zum Beispiel durch Eintauchen des zu behandelnden Holzes in die erfindungsgemäße Holzbehandlungslösung. Die Behandlung kann unter Druck durchgeführt werden; hierdurch wird die Aufnahme der Lösung durch das Holz verbessert.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Kaliumformiat oder Calciumformiat als Holzimprägnierungsmittel verwendet werden, um Holz gegen durch Pilze und/oder Insekten verursachten Verfall, insbesondere gegen Fäule und/oder Termiten, zu schützen.
- Der Ausdruck "schwermetallfrei" oder "die keine Schwermetalle enthält" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine Schwermetalle der Holzbehandlungslösung absichtlich hinzugefügt werden. Es versteht sich jedoch, dass die Lösung sehr geringe Mengen von Schwermetallen enthalten kann, die aus dem zur Bildung der Lösung verwendeten Wasser stammen. Gleichermaßen kann das erfindungsgemäß behandelte Holz sehr geringe Mengen von Schwermetallen enthalten, welche im Holz natürlicherweise vorkommen und/oder aus der wässrigen Phase der Holzbehandlungslösung stammen.
- Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass Formiat, bei dem es sich um eine von Ameisen produzierte chemische Verbindung handelt, ein schlechtes Substrat für das Wachstum von Mikroorganismen darstellt. Formiat hat eine wachstumsverhindernde Wirkung oder wirkt sogar tödlich auf Mikroorganismen. Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die Wirkung der Ameisensäure auf der Acidität beruhe, d.h. der "Säurewirkung". Es scheint jedoch, dass besonders das Formiatende von großer Bedeutung ist, da gezeigt werden konnte, dass, beispielsweise bei der Konservierung von Tierfutter, insbesondere die Formiatsalze die bakterielle Aktivität wirksam inhibieren.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, in welchen die fäulnishemmende Behandlung – einerseits von normaler und andererseits von manuell wärmebehandelter Kiefer und Fichte – mit der erfindungsgemäßen Holzbehandlungslösung untersucht wird. Der Begriff "Wärme behandlung" bedeutet hier ein herkömmliches Verfahren, bei dem Holz bei erhöhter Temperatur gelagert und hierdurch dem Holz Feuchtigkeit entzogen und die Struktur des Holzes verändert wird.
- Beispiele
- Vorausgehende Tests
- Als Probestück wurde ein Holzbrett einige Tage lang in einer starken Kaliumformiatlösung gelagert. Nach dem Imprägnieren wurde das Brett im Sommer in einem Gartenstück zusammen mit einem unbehandelten Brett, das von derselben Holzbrett-Probe stammte, vergraben. Im darauf folgenden Sommer wurden die Bretter wieder ausgegraben; hierbei wurde festgestellt, dass das behandelte Brett völlig frei von Zersetzung geblieben war. Demgegenüber hatte der Abbau in dem unbehandelten Brett bereits begonnen; das Brett roch nach Schimmel und war voll gesogen mit Wasser und geschwärzt.
- Als nächstes wurde ein Versuch durchgeführt, in dem ein Holzstück mit Kaliumformiat imprägniert wurde. Dieses sowie ein unbehandeltes Probestück wurden in einem geschlossenen und feuchten Raum, der Fäulnispilze enthielt, gelagert. Nach Ablauf der Versuchszeit wurde bei keinem der Probestücke eine Zersetzung festgestellt. Dies war darauf zurückzuführen, dass sich das Kaliumformiat in Wasser gelöst und dabei jede Zersetzungsaktivität im Versuchraum inhibiert hatte. Es wurde daraufhin beschlossen, in der darauf folgenden Phase Calciumformiat zu verwenden, das in Wasser schwer löslich ist.
- Imprägnierung von Holzblöcken mit Ca-Formiatlösung
- Die Versuche wurden unter Verwendung von Probestücken durchgeführt, die aus Fichten- oder Kiefernholz hergestellt wurden. Die Größe der aus Kiefer bestehenden Probestücke betrug ungefähr 20 × 15 × 2,4 cm3 und die Größe der Probestücke aus Fichte ungefähr 20 × 12 × 7,2 cm3. Eine Hälfte der Holzprobestücke wurde einer Wärmebehandlung bei 190°C unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung wurde die Fäulnisbeständigkeit nicht merklich erhöht, jedoch wurde hierdurch die Absorption der Lösung verbessert, da wärmebehandeltes Holz poröser ist als nicht wärmebehandeltes Holz. Die andere Hälfte der Probestücke wurde keiner Wärmebehandlung unterzogen. Die Holzprobestücke wurden vor der chemischen Behandlung gemessen und gewogen. Die Referenzprobestücke, die in den Versuchen mit beschleunigtem Rotteprozess verwendet wurden, wurden weder einer chemischen noch einer Wärmebehandlung unterzogen.
- Die chemische Behandlung wurde durch Tauchen der Holzprobestücke in einem geschlossenen Behälter durchgeführt, der Ca-Formiatlösung (Konzentrationen: 120 g/kg, 80 g/kg und 40 g/kg) enthielt. Die Temperatur der Lösung betrug 40-50°C. In dem Kessel herrschte ein Druck von ungefähr 150 kPa (1,5 bar), mittels dessen die Lösung in das Holz hineingepresst wurde. Die Behandlungszeit betrug 2 h. Nach der chemischen Behandlung wurden die Holzprobestücke in einem Inkubator übernacht bei 80-90°C getrocknet.
- Die Ergebnisse des Imprägnierungstests sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Absorption von Ca-Formiatlösung in Kiefern- und Fichtenholz. Die Absorption ist in Einheiten von mg Ca-Formiat/cm3 Holz angegeben.
- *) Nach dem Trocknungsschritt war das Probestück leichter als vor der Behandlung mit der Lösung
- Wie aus den Resultaten der Imprägnierungsversuche zu ersehen, wird die Formiatlösung wesentlich besser von wärmebehandeltem Holz aufgenommen, welches poröser ist als gewöhnliches Holz. Weiterhin wird die Lösung von Kiefernholz besser aufgenommen als von Fichte. Die Dichte des wärmebehandelten Holzes beträgt ungefähr 400 mg/cm3. Die Menge an Ca-Formiat in wärmebehandeltem Holz beträgt ungefähr 7-15 % bei Kiefer und 4-8 % bei Fichte.
- Tests mit beschleunigtem Rotteprozess
- In der nächsten Phase wurden die oben genannten, behandelten Probestücke einem Fäulnispilz-Test unterzogen. Der Versuch wurde unter Anwendung der europäischen Norm EN 113 durchgeführt. Das Holz wurde Bedingungen ausgesetzt, die im Hinblick auf den Zerfall so rigoros waren wie möglich: Die Temperatur betrug ungefähr 30°C und die Feuchtigkeit 100 %, und es wurden hochwirksame Fäulnispilze wie Poria placenta, Gloeophyllum trabeum und Coniophora puteana in den Versuchsraum (Kulturkolben) eingebracht. Diese Pilze sind in allen verrottenden Objekten zu finden. Der Versuch dauerte 4 Monate. Bei jedem der Versuche wurde auch ein Referenzprobestück, das keiner Wärmebehandlung unterzogen worden war, in den Versuch mit eingeschlossen. Bei diesem Holz sollte in einem Rottebeschleunigungstest eine Verrottung auftreten, bei welcher der Gewichtsverlust für jede der Pilzarten wenigstens 20 % beträgt. Die Probestücke wurden vor Beginn der Versuche gewogen.
- Die Ergebnisse der Rottebeschleunigungstests für Fichte sind in den Tabellen 2-4 dargestellt und die Ergebnisse für Kiefer in den Tabellen 5-7. Für die Untersuchung der Ergebnisse ist es ratsam als Referenzwert die bekannte Information zu verwenden, der zufolge unter diesen Testbedingungen bei hitzebehandelter Fichte und Kiefer ein Gewichtsverlust von 20-30 % erreicht wird. Tabelle 2 Zersetzung von Probestücken aus Fichte bei Verwendung von Gloephyllum trabeum als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
- Tabelle 3 Zersetzung von Probestücken aus Fichte bei Verwendung von Coniophora puteana als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
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- Tabelle 4 Zersetzung von Probestücken aus Fichte bei Verwendung von Poria placenta als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
- Tabelle 5 Zersetzung von Probestücken aus Kiefer bei Verwendung von Gloeophyllum trabeum als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
- Tabelle 6 Zersetzung von Probestücken aus Kiefer bei Verwendung von Coniophora puteana als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
- Tabelle 7 Zersetzung von Probestücken aus Kiefer bei Verwendung von Poria placenta als Fäulnispilz. Das hitzebehandelte Holz wurde mit Ca-Formiat in einer Konzentration von 80 g/kg behandelt.
- Die Ergebnisse zeigen, dass die Zersetzung in den Referenz-Probestücken schnell vorangeschritten ist. Nach vier Monaten war bis zur Hälfte des unbehandelten Holzes verrottet, d.h. verbrannt (z.B. Tabelle 3). Bei Kiefer lagen die Durchschnittswerte im Bereich von 26 bis 44 %, bei Fichte im Bereich von 32 bis 54 %. Bei den gemäß der vorliegenden Erfindung behandelten Probestücken lagen die entsprechenden Durchschnittswerte im Bereich von 0,3-9 % für Kiefer bzw. bei 0,3-11 % für Fichte. Die stärkste Verrottung wurde durch Poria placenta verursacht.
- Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse unter Anwendung der Klassen gemäß der Norm EN 350-1994. Diese Norm definiert die Dauerhaftigkeitsklassen 1-5, wobei Klasse 1 = sehr dauerhaft, Klasse 2 = dauerhaft, Klasse 3 = mäßig dauerhaft, Klasse 4 = gering dauerhaft und Klasse 5 = nicht dauerhaft.
- Tabelle 8 Fäulnisbeständigkeit von erfindungsgemäß behandeltem Holz in Bezug auf drei verschiedene Fäulnispilze
- Auf der Grundlage dieser Verrottungsversuche kann festgestellt werden, dass die Fäulnisbeständigkeit im Vergleich zu unbehandeltem Holz erheblich gesteigert wurde. Wird eine erfindungsgemäße Behandlung mit Ca-Formiat zusätzlich zu einer Hitzebehandlung durchgeführt, so kann die Verrottung fast vollständig verhindert werden.
- Sowohl bei Fichte als auch bei Kiefer wurde der schlimmste Verfall durch Poria placenta verursacht. Bei den anderen Pilzen wurde durch die Wärmebehandlung eine erhebliche Verminderung des Verfalls bewirkt, aber durch die chemische Behandlung wurde der Verfall in der Praxis gestoppt. Insgesamt gesehen, sind die Ergebnisse gut.
- Die erfindungsgemäße Lösung enthält keine toxischen Bestandteile. Das Holz ist vollständig recyclebar und kann frei verbrannt werden. Die Menge des Holzbehandlungsmittels beträgt ungefähr 10 % der Menge des Holzes; folglich ist die Erfindung auch wirtschaftlich.
- Außer zur fäulnishemmenden Behandlung kann das Verfahren auch zur Verhinderung von durch Termiten verursachter Zerstörung eingesetzt werden. Unter den heißen Bedingungen südlicher Länder wird durch Termiten eine erhebliche Menge an Nutzholz zerstört. Durch die Behandlung von wärmebehandeltem Nutzholz mit der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein wirksamer Schutz gegen Termiten erzielt.
Claims (7)
- Verwendung von Kaliumformiat oder Calciumformiat, in Form einer schwermetallfreien Lösung zur Behandlung von Holz, als Imprägnierungsmittel zum Schutz von Holz gegen durch Pilze und/oder Insekten verursachten Verfall.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaliumformiat oder Calciumformiat zum Schutz von Holz gegen Fäule und/oder Termiten verwendet wird.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Imprägnierungsmittel Kaliumformiat verwendet wird.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Imprägnierungsmittel Calciumformiat verwendet wird.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung zur Behandlung von Holz Kaliumformiat oder Calciumformiat in einer Menge von 2-40 Gew.-%, vorzugsweise 4-20 Gew.-%, enthält.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Holz um Kiefer oder Fichte handelt.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz wärmebehandelt ist.
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