DE970550C

DE970550C - Verfahren zum Entfernen des UEberschusses von in organischen Loesungsmitteln geloesten Impraegniermitteln sowie des Loesungsmittels bei der Holzimpraegnierung

Info

Publication number: DE970550C
Application number: DEH17532A
Authority: DE
Inventors: Monie Sanders Hudson
Original assignee: MONIE SANDERS HUDSON
Current assignee: MONIE SANDERS HUDSON
Priority date: 1953-08-28
Filing date: 1953-08-28
Publication date: 1958-10-02

Description

Verfahren zum Entfernen des LTberschusses von in organischen Lösungsmitteln gelösten Imprägniermitteln sowie des Lösungsmittels bei der Holzimprägnierung Ein Verfahren zum konservierenden Imprägnieren von Holz mittels Kreosot, durch welches das nachherige »Ausbluten« des Imprägniermittels an 'die Oberfläche des Holzes vermieden wird, ist bereits bekannt.
Die Erfindung betrifft das davon abweichende Imprägnieren von Holz mittels sogenannter »tdxi< cher Salze« oder »toxischer Verbindungen«, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst sind. Insbesondere betrifft die Erfindung das Problem, diese Lösungsmittel sowie den Überschuß an toxischen Verbindungen wieder aus dem Holz zu entfernen.
Die toxischen Salze werden vielfach dem Kreosot als konservierendes Imprägniermittel, vor allem bei der Behandlung von Sauholz, vorgezogen.
Die Imprägnierung mit Lösungen der sogenannten toxischen Salze kann, ebenso wie das bei der Imprägnierung mit Kreosot üblich ist; nach dem Rüpingverfahren in der weise durchgeführt werden, daß zunächst der Imprägnierkessel unter Druck gesetzt wird, dann das Imprägniermittel eingeführt wird und nach erfolgter Imprägnierung schließlich der Druck wieder aufgehoben wird, so daß der Überschuß an Imprägniermittel aus den Zellen des Holzes austritt. wie bereits erwähnt, kommen die toxischen Salze oder Verbindungen bei der Imprägnierung von Holz in Form einer Lösung zur Anwendung; im a11-gemeinen werden diese Lösungen kalt verwendet; wogegen bei Kreosot eine Erhitzung üblich ist.
Unter den toxischen Verbindungen sind Pentachlorphenol und Knpfernaphthenat die wichtigsten: Daneben spielen noch eine große Rolle metallorganische Verbindungen, wie z. B. Zink- bzw. Kupferresinat oder Äthyl- bzw. Phenylquecksilbersalze, ferner chlorierte oder nitrierte aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Chlorphenol bzw: -naphthol, oder die Nitrophenole sowie auch Kupferabietinat, Orthophenylphenol oder Kolophoniumamin.
Diese Verbindungen 'werden im allgemeinen in geeigneten organischen Lösungsmitteln gelöst. Nachteilig beim Imprägnieren von Holz mit in organischen Lösungsmitteln gelösten Verbindungen ist, daß erhebliche Lösungsmittelmengen im imprägnierten Holz zurückbleiben. Dieses Lösungsmittel geht allmählich durch Verdampfung verloren, wobei gleichzeitig erhebliche Mengen der Imprägniermittel an der Oberfläche des Holzes abgelagert werden. Neben dem Verlust des Lösungsmittels stellt dessen Verdampfung besonders in geschlossenen Räumen eine erhebliche Brand- und Explosionsgefahr dar.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Imprägniermittel in die äußeren Schichten des Holze. besonders durch Vermittlung der harzführenden Schichten, wie Kernholz und Äste, »ausblutet«. Auch hierbeientstehen weitere Ablagerungen des Imprägniermittels an der Holzoberfläche. Dies führt nicht nur zu einer unerwünschten Verfärbung des Holzes, sondern verhindert auch einen zufriedenstellenden nachträglichen Anstrich desselben.
Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile dadurch vollkommen beseitigt werden, daß das Holz nach der Imprägnierung den erhitzten Dämpfen eines Lösungsmittels ausgesetzt wird, wobei das dabei auf dem Holz gebildete Kondensat zusammen mit dem in ihm gelösten Imprägniermittel abgezogen wird. Anschließend wird der im Holz verbliebene Rest des Lösungsmittels durch Vakuumbehandlung entfernt.
Es ist zwar bereits bekannt, das Lösungsmittel, welches zum Lösen eines Imprägniermittels verwendet wurde, mit Hilfe von gesättigten oder auch überhitzten Dämpfen desselben Lösungsmittels aus dem Holz auszutreiben; die überhitzten Dämpfe sättigen sich dabei mit dem im Holz vorhandenen Lösungsmittel, -werden als Dampf abgezogen und in einem besonderen Kühler außerhalb des Imprägnierkessels niedergeschlagen, ohne daß jedoch eine Kondensierung der Dämpfe auf dem Holz erfolgt.
Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine überhitzten Dämpfe verwendet. Viehmehr werden in den Imprägnierkessel Dämpfe eingeführt, deren Temperatur gleich ,dem Siedepunkt des Lösungsmittels unter den im Kessel herrschenden Bedingungen ist, wodurch das Holz auf eine höhere, jedoch 16o° nicht übersteigende Temperatur gebracht wird. Dabei muß und soll zunächst eine - Kondensierung auf dem Holz erfolgen, damit dort das, überschüssige Imprägniermittel entfernt wird. Dieses aus Lösungsmittel und Imprägniermittel bestehende .Kondensat wird eigens abgezogen. Erst bei der nun anschließe Iden Vakuumbehandlung verdampft der im erhitzten Holz noch befindliche Lösungsmittelrest.
Während. bei dem bekannten Verfahren lediglich die Dämpfe desselben Lösungsmittels verwendet werden können, können beidem erfindungsgemäßen Verfahren, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, auch Dämpfe eines anderen Lösungsmittels in vorteilhafter Weise verwendet werden. Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird das imprägnierte Holz von dem verwendeten Lösungsmittel befreit, gleichzeitig wird der Überschuß des Imprägniermittels aus den Außenschichten des Holzes entfernt, so daß das Holz in allen seinen Teilen gleichmäßig imprägniert ist. Diese Behandlung führt zu einer sauberen Außenfläche des Holzes, die frei von einer aus den oberflächlichen Ablagerungen des Imprägniermittels herrührenden Mißfärbung und im wesentlichen auch frei von aus dem Holz stammenden Harzen und Gummen ist, so daß die Oberfläche des Holzes ausgesprochen aufnahmefähig für Farbe wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann unmittelbar an die letzte Stufe des obererwähnten Rüpingverfahrens oder irgendeines anderen geeigneten Imprägnierverfahrens angeschlossen werden. Ist der Imprägnierkessel in geeigneter Weise ausgebildet, so kann das imprägnierte Holz in ihm zur erfindungsgemäßen Behandlung verbleiben: Jedoch kann diese Behandlung auch später und in einer von der Imprägniervorrichtung verschiedenen Einrichtung durchgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Behandlung können Dämpfe solcher organischer Lösungsmittel verwendet werden, deren Siedepunkte kleiner, gleich oder größer als der des zum Lösen des Imprägniermittels verwendeten Lösungsmittels ist. Der Siedepunkt muß jedoch so hoch sein, daß das Holz so weit erhitzt wird, daß es eine wesentliche Menge des bei der Imprägnierung verwendeten Lösungsmittels bei einem anschließenden Vakuum abgibt. Die Behandlung mit Lösungsmitteldämpfen, deren Siedepunkt gleich oder kleiner als der des zur Lösung des Imprägniermittels verwendeten Lösungsmittels ist, erfolgt durch abwechselndes Erhitzen und Einwirkung eines Vakuums, bis das imprägnierte Holz lösungsmittelfrei ist. Die Verwendung der Dämpfe des bereits als Träger für das Imprägniermittel verwendeten Lösungsmittels wird bevorzugt, um so die sonst notwendige Trennung von Lösungsmittelgemischen zu vermeiden. Wird zur Dampfbehandlung das Imprägniermittel-Lösungsmittel verwandt, so wird gleichzeitig das überschüssige Imprägniermittel entfernt.
Selbstverständlich darf die Dampfbehandlung nicht holzschädigend sein. Daher werden Behandlungsmittel verwandt, deren Siedepunkt unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher eine thermische Schädigung des Holzes beginnt, nämlich etwa 2o4. In der Praxis werden Lösungsmittel verwandt, deren Anfangssiedepunkt nicht höher als 16o° und, mit Rücksicht darauf, daß der Flammpunkt nicht zu niedrig sein darf, nicht niedriger als 1r5° ist.
Bei Verwendung eines nicht brennbaren Lösungsmittels besteht für die untere Temperaturgrenze lediglich die Bedingung, daß eine ausreichende Erhitzung des imprägnierten Holzes erfolgt. Die obererwähnten Temperaturbegrenzungen sind in bezug auf atmosphärischen Druck zu verstehen und müssen bei anderen Druckverhältnissen entsprechend abgeändert werden.
Beispiele für den erfindungsgemäß mit Erfolg verwendbaren Lösungsmitteltyp sind die aliphatischen Petroleumfraktionen, z. B. VM & P-Naphta sowie Stoddard-Lösungsmittel, ferner die aromatischen Fraktionen des Steinkohlenteeres oder aromatische Petroleumderivate, z. B. Toluol oder Xylol, sowie die chlorierten Kohlenwasserstoffe, wie Trichloräthylen oder Perchloräthylen, chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Chlorbenzol, ferner Holzteerdestillate, höhere Alkohole, Diäthylenglykol, Aldehyde, aromatische Amine, Ester, Äther, Ketone (z. B. Benzophenon), soweit sie für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung werden nachstehende Versuchsergebnisse mitgeteilt: Diese Versuche wurden mit Splintholz aus Pinus palustris, Pinus echinata, Pinus taeda oder Pinus caribaea durchgeführt, das auf einen Wassergehalt von 2o °/o getrocknet war. Die ursprünglichen Abmessungen derVersuchsbretter waren 5, i X 7,6 X 37ocm. Es wurde so verfahren, daß die Bretter halbiert wurden, so daß zwei Hälften mit den Abmessungen 5,1 X 7,5 X 185 cm entstanden.
Die eine Hälfte erhielt die Standardimprägnierung, wogegen die andere Hälfte mit der Imprägnierlösung genau wie die erste Hälfte imprägniert wurde, dann aber anschließend der erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen wurde. Als Imprägnierlösungen wurden Kupfernaphthenatlösungen, deren Kupfergehalt o,750% betrug, verwandt. Die Behandlung erfolgte nach dem Rüpingverfahren mit etwa 3,5 at anfänglichem Luftdruck und 10,5 at Konservierungsdruck, welcher im Verlauf von i/, Stunde erzielt und i Stunde auf 10,5 at gehalten wurde, worauf der Behandlungszylinder auf 52o bis 66o mm Vakuum gebracht und i Stunde gehalten wurde.
Nach Beendigung der Behandlung wurden die Versuchsbretter in kleinere Stücke zerteilt und die Stücke auf ihren Gehalt an Kupfer, Restwassergehalt und Lösungsmittel untersucht: Bei Durchführung dieser Versuche wurden drei Typen von Lösungsmitteln verwendet, nämlich aliphatische, aromatische und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Im einzelnen waren die aliphatischen Lösungsmittel VM & P-Naphtha sowie Stoddard-Lösungsmittel; die aromatischen Lösungsmittel waren Toluol und Xylol, die chlorierten Kohlenwasserstoffe Trichloräthylen und Perchloräthylen. Diese Lösungsmittel wurden sowohl bei Herstellung der Imprägnierlösungen als auch in Form von erhitztem Dampf verwendet, um den Überschuß des Imprägniermittels aus den äußeren Schichten des Holzes zu extrahieren und um das das Imprägniermittel lösende Lösungsmittel aus deni Holz zurückzugewinnen.

Wurde beispielsweise Toluol als Imprägniermittel-Lösungsmittel verwendet und diente dann Toluol auch als Rückgewinnungsmittel, so bestand die Behandlung aus einer Folge von Erhitzungsperioden mit Toluoldampf, - die mit Vakuumperioden abwechselten. Wurden Lösungsmittel verwendet, deren Siedepunkte höher sind als der des angewandten Imprägniermittel-Lösungsmittels, so wurde die stetige Dampfbehandlung durch eine kurzzeitige Vakuumbehandlung abgeschlossen. Zum Beispiel wurdeToluol, das bei iio,8° siedet, als Imprägniermittel-Lösungsmittel verwendet und durch Anwendung von Xylol, das bei i34° siedet, zurückgewonnen. Im letzteren Falle wurde das Holz der Einwirkung von Xyloldampf währendeinerununterbrochenen Zeit von4 bis6 Stunden ausgesetzt, während welcher Zeit die Hauptmenge des Toluols aus dem Holz verdampft wurde. Nach Ablauf dieser Zeit wurde dasjenige Xylol, welches sich im Holz kondensiert hatte, durch eine kurze Vakuumbehandlung zurückgewonnen. Jedoch bestand

Tabelle I

Verwendetes Im Holz

Lösungsmittel Dampf- Vakuum- Dampf- verbliebenes

Nr. bei der Im- bei der Behandlung Behandlung tempeiatur Lösungsmittel

7@ampf-

prägnierung

Behandlung Stunden Stunden °C g/cm

I V Keine Dampfbehandlung 78,89

2 V V 3 3 (abw.) 119,5 0,30

3 V S 4 1 (st.) 141,0 2,23

4 S - Keine Dampfbehandlung 7843

5 S S 3 1 3 (abw.) 9i,6 0,30

6 Tri Keine Dampfbehandlung 164,59

7 Tri Tri 2 2 (abw.) 86,o 21,58

8 Tri

Per 4 I 1 (st.) 109,4 i384

9 Per Keine Dampfbehandlung 209,53

io Per Per 2 1 2 (abw.) 122,8 5,o6

11 Toi Keine Dampfbehandlung 9598

12 Toi Tol 3 3 (abw.) 110,0 4,61

13 Tol xyl 4 , 1 (st.) 130,0 4,61

14 Xyl Keine Dampfbehandlung 74,71

15 Xyl Xyl 2 1 ä (abw.) 131,0 2,38

In der Tabelle bedeutet: V=VM & P-Naphtha, S=Stoddard-Lösungsmittel, Tri=Trichloräthylen, Per=Perchloräthylen,

Tol=Toluol, Xyl=Xylol; »abw.« bedeutet, daB die Dampf- und Vakuumbehandlung periodisch erfolgte, und zwar betrug

die Periodendauer jeweils i Stunde, d. h. auf eine istündige Dampfbehandlung folgte eine istündige Vakuumbehandlung

usw. bis zum Ablauf der in der Tabelle angegebenen Zeit; »st.« bedeutet, daß im AnschluB an die stetige ununterbrochene

4stündige Dampfbehandlung eine i stündige Vakuumbehandlung erfolgte.

in diesem Falle die zurückgewonnene Flüssigkeit aus einem Gemisch von Toluol und Xylol.

Die bei den Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle I wiedergegeben.

Aus der letzten Spalte der Tabelle I ist zu ersehen, daß das Imprägniermittel Lösungsmittel praktisch vollständig aus dem Holz entfernt worden ist. Um die Kupferverteilung in den verschiedenen Schichten des gemäß den Angaben in der Tabelle behandelten Holzes zu bestimmen, wurde eine äußere 6,35 mm starke Schicht, ferner die sich unmittelbar unter der ersten Schicht befindende, ebenfalls 6,35 mm starke Schicht und schließlich der verbleibende Kern untersucht. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 1I.

Tabelle II

Verwendetes Lösungsmittel Kupfergehalt in %, bezogen auf die

Nr. Holztrockengewichte

bei der Im- bei der äußere

zweite

. gern

prägnierung Dampfbehandlung Schicht Schicht

= V Keine Dampfbehandlung 0,36 0,15 0,14

2 V V (abw.) 0,18 0,18 o,18

3 V S (st.) o,16 0,15 0,12

4 S Keine Dampfbehandlung 0125 0,13 0,13

5 S S (abw.) 0,18 0,12 0,12

6 Tri Keine Dampfbehandlung 0155 0,32 0,24

7 TU Tri (abw.) 0,16 0,15 0,15

8 Tri Per (st.) 0,15 0,10 0,11

Per Keine Dampfbehandlung 0,24 0,15 0,14

10 Per Per (abw.) o,1g 0,15 0,14

11 TOI Keine Dampfbehandlung 0,23 o,15 0,14

12 Toi Tol (abw.) 0,15 o,14 o,15

13 Toi . Xyl (st.) 0,23 0,15 0,13

14 Xyl Keine Dampfbehandlung o;26 0,12 0,13

15 Xyl Xyl (abw.) 0,12 0,12 0,o9

Die Abkürzungen sind am Fuße der Tabelle I erläutert.

Die Ergebnisse lassen erkennen, daß der Kupfergehalt der Proben, die nicht der Dampfbehandlung unterworfen waren, nach dem Kern hin stark abnimmt, während der Kupfergehalt der erfindungsgemäß behandelten Proben in allen Schichten fast gleich ist. In. keinem Fall war der Kupfergehalt in der äußeren Schicht kleiner als in der darunter= liegenden Schicht.

Die Tabelle III zeigt schließlich den Gehalt des Holzes an flüchtigen Stoffen in Abhängigkeit von der Behandlungsart.

Tabelle III

Verwendetes Lösungsmittel Gehalt an flüchtigen Stoffen, bezogen auf Holztrockengewicht

bei der Schale Kern.

Nr. bei der

Irrprä- Gesamt Lösungs- Gesamt- Lösungs-

g#erang Dampfbehandlung N Q - - O

flüchtiges mittel flüchtiges mittel

1 V Keine Dampfbehandlung 36,9 11,8 25,1 27,9 13,7 14,2

2 V V (abw.) 2,4 2,2 0,2 2,4 2,2 0,--

3 V S (st.) 14,7 4,6 =o,1 5,7 1,7 4,0

4 S Keine Dampfbehandlung 37,1 11,2 25,9 25,5 1o,9 14,6

5 S S (abw.) 1,0 o,8 0,2 0,7 0;6 o,x

6 Tii Keine Dampfbehandlung 57.3 Q5,0 42,3 39,7 - x2,5 27,2

Tri Tri (abw.) 8,9 4,6 4,3 t3,8 8#9 4,9

8 Tri Per (st.) 5,8 3,4 2,7 6;3 5,2 1,1

9 Per Keine Dampfbehandlung 53,6 10,5 43,1 37,2 11,5 25,7

10 Per Per (abw.) 6,7 5,8 DA 5.3 4,1 1,2

11 TOI Keine Dampfbehandlung 32,1 11,7 20;4 3ö;9 14,0 ' x6,9

12 ToI Tol (abw.) 5,6 4,7 ö,8 3,9 1,0 2,8

13 Tol Xyl (st.) 2,5 1,3 1,2 2,9 =,g 1,0

14 Xyl Keine Dampfbehandlung 29,0 10,5 18,5- 23,6 1o,9 12,21

=5 Xyl Xyl (abw.) 2,2 1,0 1,2 2,2 I,ö 0,4

Abkürzungen vgl. Tabelle 1.

Diese Ergebnisse zeigen, daß die äußeren wie auch die inneren Schichten der erfindungsgemäß behandelten Proben praktisch vollständig lösungsmittelfrei sind und daß auch eine wesentliche Verringerung des Wassergehaltes erzielt worden ist.

Bauholz, welches der erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen wurde, war bemerkenswert sauber, zeigte kein Ausbluten und keine Ablagerung von Imprägniermittel an der Oberfläche und konnte tatsächlich viel leichter angestrichen werden als unbehandeltes Holz.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus anderen imprägnierten Produkten verwendet werden, wie z. B. aus Faserplatten, Wandplatten und ähnlichen aus Holzmehl hergestellten Produkten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Entfernen des beim Imprägnieren von Holz verwendeten, normalerweise flüssigen organischen Lösungsmittels aus dem Holz unter Einführung von Lösungsmitteldämpfen in den Imprägnierkessel sowie zum gleichzeitigen Entfernen des Überschusses des Imprägniermittels von der Oberfläche und den äußeren Schichten des Holzes zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Imprägniermittels über den gesamten Querschnitt des Holzes, dadurch gekennzeichnet, daß das im Imprägnierkessel befindliche Holz nach der Imprägnierung durch in den Kessel eingeführte Dämpfe des zur Imprägnierung verwendeten Lösungsmittels, deren Temperatur gleich dem Siedepunkt des Lösungsmittels unter den im Kessel herrschenden Bedingungen ist, auf eine höhere, jedoch 16o° nicht übersteigende Temperatur erhitzt wird, daß weiterhin das auf der Oberfläche des Holzes kondensierende Lösungsmittel zusammen mit dem in ihm gelösten Überschuß des Imprägniermittels als Kondensat abgezogen wird und das im Holz verbliebene Lösungsmittel durch Vakuumbehandlung in bekannter Weise entfernt wird, wobei das Erhitzen und die Vakuumbehandlung gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen des Holzes ein von dem zur Imprägnierung verwandten Lösungsmittel verschiedenes zweites, ebenfalls das eigentliche Imprägniermittel lösendes, normalerweise flüssiges organisches Lösungsmittel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels unter den im Kessel herrschenden Bedingungen über dem Siedepunkt des ersten Lösungsmittels liegt, s6 daß nach einer ausreichenden Dampfbehandlung nur eine einzige Vakuumbehandlung erforderlich ist. q.. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels unter den im Kessel herrschenden Bedingungen unter dem Siedepunkt des ersten Lösungsmittels liegt, jedoch hoch genug ist, um das Holz so weit zu erhitzen, daß es bei der nachfolgenden Vakuumbehandlung eine wesentliche :Menge des ersten Lösungsmittels abgibt. In Betracht gezogene Druckschriften: . Österreichische Patentschrift Nr. 135829; USA.-Patentschrift Nr. 2 273 039; Monie S. Hudson: »Drying Lumber by the Vapor Process« (American Wood-Preservers' Association 1950;-S. 2o9 bis 2q.3).