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Verfahren und Vorrichtung zur Tränkung von holzigen Stoffen Es ist
seit langem bekannt, daß man Teile aus Holz oder einem pflanzliche Stoffe enthaltenden
Gut mit einer Flüssigkeit tränken kann, indem man bei Temperaturen von zo bis zrd°
mit pneumatischem Druck (Verwendung eines Verdichters) oder hydraulischem Druck
(Verwendung einer Flüssigkeitspumpe) oder einfach mit hydrostatischem Druck arbeitet.
Man verfährt so im allgemeinen, um z. B. Holz feuerfest zu machen.
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Die Erfindung hat ein Verfahren zur Tränkung von Hölzern und pflanzlichen
Stoffen zum Gegenstand, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der in einen geschlossenen
Behälter gebrachte, zu behandelnde Stoff vollständig in die Tränkflüssigkeit eingetaucht
und diese durch Erhöhung der Temperatur unter Druck gesetzt wird.
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Man erreicht so die Tränkung durch ein Verfahren, welches von dem
bisher benutzten verschieden ist, nämlich durch ein mit t'hermisc'hem Druck arbeitendes
Verfahren. Wenn die zu verwendende Flüssigkeit genügend leie'htflüssig ist, wenn
ihre Dampfspannung genügend -schnell mit der Temperatur ansteigt und wenn die Anwendung
des thermischen Drucks während genügend langer Zeit zulässig ist, braucht keine
sehr hdhe Temperatur erreicht zu werden.
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Wenn man jedoch mit einer zähflüssigeren Flüssigkeit oder einer Flüssigkeit
arbeitet, deren Dampfspannung ähnlich zunimmt, wie die des Wasserdampfes, oder noch
langsamer, und wenn die Anwendungsdauer begrenzt ist, wird man ziemlich hohe Temperaturen
anwenden, die über etwa 115o: liegen können.
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Man hat es bisher vermieden, Hölzer wesentlich über zoo° zu erwärmen,
um nicht ihren Zusammenhalt zu verändern. Man hat jedoch neuerdings festgestellt,
daß,
wenn Teile .aus Holz oder aus Werkstoffen, die ein holziges Gewebe enthalten, während
einer genügenden Zeit in einem geschlossenen Behälter auf eine Temperatur von über
115", aber unter 16o° gebracht und gleichzeitig beständig einem Druck ausgesetzt
werden, der' wenigstens gleich dem Druck des gesättigten Dampfes bei der entsprechenden
Temperatur ist, die mechanischen Kenngrößen des Holzes nach der Abkühlung und der
Wiederherstellung ,des hygrometrischen Gleichgewichts sich nicht merklich verändert
haben. Die Biegsamkeit hat sogar zugenommen, insbesondere bei harzhaltigen Hölzern.
Im großen; und ganzen kann das so behandelte Holz unter ähnlichen mechanischen Bedingungen
benutzt werden wie ein nicht behandeltes Holz der gleichen Art. Außerdem immunisiert
diese Behandlung das Holzgewebe in sehr .dauerhafter Weise gegen die Zerstörung
:durch Lebewesen, da die Wärme während der Behandlung die Bildung von teer- und
phenolhaltigen Körpern in dem Gewebe bewirkt. Ein derartiges Behandlungsverfahren
ist insbesondere .in der französischen Patentschrift 815 541 beschrieben.
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Bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Tränkverfa'hrens mit Temperaturen
des Bereiches, der Selbstphenolisierungsbereich genannt sei (115 bis 16o°), erreicht
man somit nicht nur die Tränkung, sondern auch die Selbstimmunisierung des Holzes
oder der pflanzlichen Stoffe.
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Die Selbstphenolisierung wird also in diesem Fall durch ein Verfahren
erzielt, welches von dem bisher benutzten verschieden ist, bei welchem der behandelte
Stoff mit Hilfe eines Gases oder Dampfes auf seine Temperatur gebracht wurde. Die
erfindungsgemäße Behandlung weist gegenüber der früheren Behandlung Vorteile und
Nachteile auf. Der Vorteil besteht darin, daß der zu behandelnde Stoff schneller
erwärmt wird, da eine Flüssigkeit stets eine größere Wärmeaufnahmefähigkeit hat
als ein Gas oder Dampf. Die Stirn :des in die zu behandelnde Masse eindringendenWärmestromes
fällt dabei mit der Stirn der in diese Masse eindringenden Flüssigkeit zusammen.
Der Nachteil besteht darin, daß, außer wenn die Flüssigkeit durch Druckluft unter
Druck gesetzt wird; wie unten erläutert ist, die Verwendung einer Flüssigkeit als
Wärmeträger am Ende des Vorgangs zu einer weniger günstigen thermischen Bilanz führt
als die Verwendung'eines durch ein Gas oder einen Dampf gebildeten Wärmeträgers.
Am Ende des Vorgangs geht nämlich die Wärme der Flüssigkeit verloren, welche ihrer
Abkühlung bis auf die Siedetemperatur in freier Luft entspricht (außer bei Anwendung
von Druckluft, von der weiter unten' die Rede sein wird)., während man bei einem
Gas oder Dampf nur die Wärme der Gasatmosphäre verliert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist also, wenn die Art der Tränkflüssigkeitkeine
Verbesserung der behandelten Masse bewirkt, hinsichtlich der Selbstphenolisierung
des Holzes nur :dann vorteilhaft, wenn die Schnelligkeit der Ausführung wichtiger
ist als .die thermische Wirtschaftlichkeit.
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Die Erfindung zeitigt dagegen alle mit ihr verbundenen Vorteile, wenn
die Flüssigkeit nicht nur a.ls Wärmeträger, sondern auch als Träger eines Mittels
zur Verbesserung des Holzes benutzt wird, z. B. eines Mittels zur Erzielung der
Feuerfestigkeit, zum Schutz gegen Insekten, zur Tötung von Insekten, zur Erzielung
physikalischer Schutzwirkungen (Säureschutz, Basenschutz, Wasserdichtigkeit usw.),
eines Farbstoffes, eines Bindemittels usw.
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Das verbessernde Mittel kann, wenn es sich hierzu eignet, in der Tränkflü
ssigkeit aufgelöst wenden, welche z. B. Wasser oder Ö1 sein kann. Es kann auch mit
dieser Flüssigkeit eine Mischung bilden. Es kann ferner vorher auf die Oberfläche
der zu behandelnden Teile 'aufgebracht werden.
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Wenn man zwischen 115 und i6o° arbeitet, erhält man so in einem einzigen
Arbeitsgang die Tränkung unter Druck und die von der Temperatur herrührende Wirkung
der Selbstphenolisierung. Zur vollen Ausnutzung der Selbstpfenolfsierung ist es
wesentlich, daß die Dampfspannung der Tränkflüssigkeit in keinem Augenblick kleiner
als die Dampfspannung des Phenols ist, damit dieses nicht destilliert.
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Es ist ferner wichtig, daß die Bewegung der Tränkflüssigkeit stets
zentripetal ist, um ein Auswaschen der Selbstp'henolisierungsprodukte nach ihrer
Herstellung zu vermeiden. Diese letztere Überlegung zwingt im allgemeinen dazu,
am Ende des Vorgangs das ganze System sehr allmählich abkühlen zu lassen oder das
Bad nur unter einem geeigneten Luftdruck abzuführen.
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Wenn man jedoch aus irgendeinem Grunde; z. B. Ersparnis oder Sauberkeit,
einen Teil der Tränkungsflüssigkeit zurückgewinnen will, kann man den Innendruck
des behandelten Stücks zur Abführung des überschüssigen Flüssigkeitsanteils benutzen
und so eine Wirkung erhalten, die dem bekannten Rüpingeffekt entspricht, bei welchem
für diese Rückgewinnung ein pneumatischer Gegendruck benutzt wird.
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Zur Abführung von flüchtigen Erzeugnissen der fhermisdhen Selbstumwandlung
des Holzes, die man zurückgewinnen will, geht man folgendermaßen vor: Das Bad wird
abgeführt, indem man es durch Druckluft von wenigstens gleichem Druck ersetzt; man
läßt jedoch die Temperatur des Stoffes bi.s in i die Nähe des Siedepunktes des zu
gewinnenden Erzeugnieses der Selbstumwandlung bei Atmosphären-.druck absinken und
verbindet den Tränkbehälter mit einem Raum, in welchem Atmosphärendruck herrscht.
Man kann so z. B. die Abführung der Essigsäure bei iig°- durchführen.
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Eine Anlage für die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist
außer einem Behälter der Autoklavenbauart, in welchem die Behandlung erfolgt, einen
mit diesem in Verbindung stehenden Hilfsbehälter auf, der wie dieser beheizt wird
und die Aufgabe hat, den Behälter mit Flüssigkeit gefüllt zu halten, wobei als unerläßliche
Sicherheitsmaßnahme ein Dampfpolster oberhalb der freien Oberfläche der Flüssigkeit
in dem Hilfsbehälter verbleibt.
Wenn die Tränkflüssigkeit eine wäßrige
Lösung ist, wird als Wärmeerzeuger vorzugsweise ein Dampfkessel benutzt, wobei dieser
Kessel zweckmäßig zur Speisung des Hilfsbehälters verwendet wird und das warme Wasser
einen Mischer durchströmt, in welchem die gewünschte Konzentration der Lösung des
Vergütungsmittels erreicht wird. Das Dampfpolster in dem Hilfsbehälter kann so von
Anfang an auf einen Druck gebracht werden, der durch die Flüssigkeit bis in den
Behandlungsbehälter übertragen wird, das Eindringen der Flüssigkeit in das Holz
erleichtert und so die t'herinische Leitfähigkeit verringert.
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Unabhängig von der benutzten Flüssigkeit kann schließlich die Anlage
zweckmäßig einen Reservebehälter aufweisen, welcher die 'heiße Flüssigkeit im Augenblick
ihrer Abführung aufnimmt, damit diese während eines späteren Arbeitsgangs wieder
verwendet werden kann. Es wird dadurch eine beträchtliche Ersparnis an Wärme erzielt,
insbesondere wenn dieser Behälter dem Arbeitsbehälter gleich ist, so daß die Verwendung
dieser beiden Behälter bei einer Folge von Arbeitsgängen vertauscht werden kann.
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Nac'hste'hend wird beispielsweise eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anlage an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Die Anlage umfaßt zwei gleiche Behälter- i und 2, die abwechselnd
als Behandlungsbehälter und Reservebehälter arbeiten sollen, ferner einen hier durch
einen Dampfkessel gebildeten Wärmeerzeuger 3, einen Mischer q., wenn eine wäßrige
Behanidlungsflüssigkeit benutzt wird, einen das Vergütungsmittel enthaltenden Dosierung.shilfsbehälter
5, eine Vakuumpumpe 6, welche als Verdichter arbeiten kann, einen Vorratsbehälter
7 zur Aufnahme der Flüssigkeit, welche in dem vorliegenden Fall wäßrig ist, Dampfheizkörper
8 mit :!£blaßhähnen 9 in den Behältern i und 2, einen Dampfheizkörper i i mit Ablaß'hahn
12 in dem Dosierungshilfsbehälter 5 und mit dem Ablaßha'hn 15 versehene Heizkörper
14 in dem Vorratsbehälter 7.
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Diese verschiedenen Vorrichtungen sind durch Leitungen miteinanderverbunden.
DieFlüssigkeitsleitungen sind voll rausgezogen dargestellt, während die Dampfleitungen
strichpunktiert eingezeichnet sind. Die Leitungen gehen von Absperrventilen aus,
wobei Sicherheitsventile 13 an den gewünschten Stellen vorgesehen sind.
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Das Verfahren geht wie folgt vor sich: Nachdem der Kessel 3 unter
Druck gesetzt und die in dem Vorratsbehälter 7 enthaltene Flüssigkeit möglichst
weit erhitzt ist, wird mittels der Vakuumpumpe 6 die Flüssigkeit aus dem Behälter
7 einerseits in den mit Holz beschickten Behälter i und andererseits in den Dosierhilfsbehälter
5 gesaugt, bis die in diesem enthaltene Flüssigkeit das gewünschte Niveau einnimmt.
Dieses Niveau wird durch ein geteiltes Rohr aus Pyrexglas angezeigt. Der Kessel
3 schickt Dampf in die Heizkörper 8, 11, 1q.. Nach Maßgabe der Aufnahme von Flüssigkeit
durch das Holz wird die in dem Behälter i enthaltene Flüssigkeitsmenge durch den
Dosierbehälter 5 ergänzt. Dieser wird durch den Kessel 3 gespeist, welcher in ihn
warmes Wasser schickt, das durch den Mischer .4 geleitet wird, wo es sich mit dem
Vergütungsmittel belädt. Ein nicht dargestellter Zähler für heiße Flüssigkeiten
kann den Flüssigkeitsverbrauch anzeigen. Nach Beendigung des Vorgangs wird das Flüssigkeitsniveau
in dem Dosierhehälter festgestellt, dessen Veränderung als Berichtigung der Anzeige
des Zählers berücksichtigt werden muß, wenn :dieser zwischen dem Hilfsbehälter und
dem Behandlungsbehälter eingebaut ist. Mit Hilfe der als Luftverdichter arbeitenden
Pumpe 6 wird die heiße Flüssigkeit des Behälters i in den Behälter 2 gefördert,
welcher mit Holz beschickt wurde, und während die Anlage mit dem Behälter 2 als
Behandlungsbehälter weiterarbeitet, läßt man den mit Druckluft gefüllten Behälter
i abkühlen. Bevor diese Abkühlung vollständig ist und solange in diesem Behälter
ein geeigneter Druck herrscht, setzt man diesen plötzlich mit der Atmosphäre öder
mit einem Kondensationsbehälter in Verbindung, so daß, wie oben ausgeführt, die
flüchtigen Erzeugnisse, z. B. Essigsäure, abgeführt und sogar aufgefangen werden
können.
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Beispiel Es wurden drei Bretter aus Holz der epicea (Weißtanne) qoX2oo
mm behandelt, die einen Feuchtigkeitsgehalt von 23 bis 27°/o besaßen; das Holz der
epicea ist bekanntlich besonders schwer zu tränken. Die durch thermischen Druck
einzubringendeFlüssigkeit war einewäßrigeAmmoniumboratlösung von 50 g pro Liter
(5 %). Ammoniumborat ist ein Feuerschutz von nur mäßiger Qualität.
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IDieFlüssigkeit wurde bei etwa 8o° in :den Tränkbehälter (Dosierbehälter
5 und Autoklav i oder 2) eingeführt. Sie wurde durch Wasserdampf von q. at unter
Druck gesetzt. Die Temperatur wurde in 30 Minuten auf 1q.5'°' gebracht und
auf diesem Wert während 21/a Stunden gehalten. Es erfolgte eine langsame Abkühlung
während 3 Stunden.
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Es wurde festgestellt, daß pro Kubikmeter Holz 2351 Flüssigkeit absorbiert
worden sind. Diese Menge läßt sich üblicherweise nach den bekannten Verfahren nicht
bei einem Holz erzielen, das so sc'hlec'ht tränkbar ist wie die epicea. Außerdem
war das Holz vollständig phenolisiert.
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Ferner wurde festgestellt, daß der Feuerschutz sehr wirksam war. Es
dauerte mehr als eine Stunde, um das behandelte Brett mittels einer Lötlampe zu
durchlochen, .deren Brenner so angeordnet war, daß die Spitze der heißen Flamme
das Holz angriff.