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Verfahren zur Herstellung hochzug- und druckfester Werkstoffe aus
Holz
Die Erfindung betrifft ein chemlisch-physikalisches Verfahren zur Behandlung
von Holz, das Schnitt- oder Rundholz und Laub- oder Nadelholz sein kann, um die
physikalischen Eigenschaften des Holzes zu verändern und es optimal an den vorgesehenen
Verwendungszweck anzupassen.
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Das Verfahren besteht darin, daß auf chemischem Wege die nichtcellulosischen
Bestandteile des Holzes aus dem Holzverband herausgelöst und die dadurch entstandenen
Leerräume mit Kunstharzen gefüllt werden, wobei der nach dem Herauslösen der nichtcellulosischen
Bestandteile entstandenen Masse eine etwa 70010 ihres Gewichtes betragende Kunstharzmasse
einverleibt wird.
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Bekanntlich besteht Laubholz im wesentlichen aus Cellulosezellen,
die unter sich durch Lignin das als Bindemittel dient, verbunden sind. Es gibt in
Wirklichkeit verschiedene Arten von Cellulose (a, fl und y), die mit verschiedenen
Ligninen zusammen vorkommen, wie etwa das Lignin, das sich in den Cellulosescheidewänden
befindet. In der Gesamtheit der das Holz ausmachenden Bestand-
teile
widersteht die Cellulose dem Zug und das Lignin dem Druck.
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Die Zusammensetzung der Nadelhölzer ist dagegen eine ganz andere.
Das Nadelholz besteht aus langgestreckten Zellen mit ringförmigen Hoftüpfeln, die
außer in den jüngsten Jahresschichten hermetisch geschlossen sind. Die Zellen sind
mit einer an ihren Enden spitz zulaufenden Röhre vergleichbar. deren Wandung sehr
dünn ist. Die Hoftüpfel mit ihrer in der Mitte verstärkten Lamelle verbinden die
langgestreckten Zellen untereinander, solange sie den Oberfiächen-Jahresschichten
angehören.
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Bei einem Holz, das einer der beiden geschilderten Holzgattungen
angehört, zielt die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens darauf hin, auf
chemischem Wege ganz oder teilweise die Bindemittel zwischen den Zellen (Lignin
bzw. die Lamellen der ringförmigen Hoftüpfel bei den Nadelhölzern) herauszulösen,
um auf diese Weise Leerräume im Holz zu schaffen oder die vorhandenen zu erweitern.
Diese Leerräume füllt man dann in der zweiten Behandlungsstufe (physikalischen Stufe)
mit Kunstharzen, und zwar derart, daß dem Cellulosegerüst etwa 70°/o seines Gewicht
tes Kunstharze einverleibt werden.
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Da die chemische Stufe des der Erfindung entsprechenden Verfahrens
darin besteht, einen Teil der Verbindung zwischen den Zellen zu zerstören, muß man
bei Nadelhölzern darauf achten, daß der chemische Angriff so stark ist, daß durch
die Zerstörung der Lamellen der ringförmigen Hoftüpfel letztere geöffnet werden,
um eine Verbindung zwischen den Innenräumen der Röhrchen herzustellen, die man dann
in der zweiten Verfahrensstufe ganz oder teilweise mdt Kunstharz ausfüllt.
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Der Vorteil des der Erfindung entsprechenden Verfahrens und die anderen
Eigenschaften gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
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Indem man das zu behandelnde Holz z. B. in eine Natriumhypochloridlösung
geeigneter KonzenX tration einbringt, bewirkt man die Auflösung aller der Holzbestandteile,
die man zu zerstören wünscht, mit Ausnahme der Cellulose, die ganz oder teilweise
bestehenbleibt und die es ermöglicht, das Cellulosegefüge des Holzes zu erhalten.
Das Holz weist nun Leerräume auf, die von den auflösbaren nichtcellulosischen Gefügestoffen
herrühren. Dieser chemische Auflösungsprozeß kann eventuell durch die Einwirkung
von Hochfrequenz aktiviert werden.
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Vorteilhaft kann dieses chemische Verfahren, dessen Ziel die Schaffung
von Leerräumen in den Holzelementen ist, von einer zweiten chemischen Einwirkung,
wie Hydrolyse, Oxydation und anderen Einwirkungen, begleitet oder gefolgt werden,
um, wenn man es wünscht, die Struktur der bestehengebliebenen Celluloseketten oder
den Aufbau der Cellulose in den Zellen zu verändern. An Stelle dessen oder auch
nebenbei kann man eine physlikalische Einwirkung, wie die des Ultraschalls, die
eines geeigneten gerichteten elektrischen Feldes gerichtete Vibrationen usw., treten
lassen, um den Stützfasern eine Ausrichtung zu geben, die dem Endprodukt andere
physikalische Eigenschaften geben, als sie das Ausgangshol z besaß; Eigenschaften,
die besonders an seinen künftigen Verwendungszweck angepaßt sind.
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Das so in ein Stützgefüge verwandelte Holz. dessen Fasern eventuell
gerichtet wurden, nach Belieben durch eines allein oder eine Verbindung der obengenannten
Verfahren, weist Leerräume auf, die entweder durch die Zerstörungen der Verhindungen
zwischen den Zellen entstanden sind oder bereits im Holz existierten und durch die
chemische Einwirkung geöffnet wurden. Alle diese Leerräume werden daraufhin mit
Kunstharzen angefüllt, derart, daß dem chemisch vorbehandelten Holz etwa 700/0 seines
Gewichtes Kunstharze ein verleibt werden. Das Füllen kann nach einem der bekannten
Verfahren erfolgen. Vorzugsweise werden die Kunstharze als Lösung in das Holzgefüge
eingebracht, wobei man der Lösung vorteilhafterweise Farbstoffe zufügt, die es ermöglichen,
dem Endprodukt das gewünschte äußere Aussehen zu verleihen.
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Das zu behandelnde Holz wird vorzugsweise vorher zu Platten oder
Furnierblättern geschnitten, oder es wird zu Sperrholz verarbeitet. Die Plattenstärke
kann verschieden sein, wobei allerdings bei größeren Stärken die technischen Schwierigkeiten
zur Erzielung einer guten Füllung natürlich größer sind, aber nicht unüberwindlich,
gegenüber denen bei der Füllung dünner Platten.
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In den schwierigen Fällen ist es vorzuziehen, den Füllvorgang in
Autoklaven vorzunehmen, die man zunächst auspumpt und die man dann mit Preßluft
beschickt, um die Füllstoffe in die Leerräume einzuführen, die im Holz durch das
oben beschriebene chemische Verfahren geschaffen oder geöffnet wurden.
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Man kann die Leerräume, die man in dünnen Furnierblättern oder Sperrholzplatten
erzeugt hat. mit einem thermoplastischen Harz ausfüllen und so ein Sperrholz erhalten
durch einfache Heizung eines Stapels solcher Platten, ohne daß es erforderlich ist,
zwischen je zwei aufeinandergelegte Platten eine Leimschicht zu legen, da die Leimung
sich durch das thermoplastische Harz der Füllung selbst vollzieht.
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Die Verwendung spezieller thermoplastischer Harze ermöglicht in gleicher
Weise die Schaffung von Materialien, die untereinander geschweißt werden können,
d. h. Materialien, die eine Art von Selbstschweißung erfahren können, ähnlich derjenigen,
die angewandt wird, um metallische Stoffe mittels eines Knallgasgebläses untereinander
zu verbinden oder der elektrischen Schweißung ohne irgendein Zusatzmaterial. Die
Verbindung kann dabei erfolgen entweder durch einfaches Aneinanderlegen der zu verbindenden
Teile oder durch Aufeinanderlegen der schräggeschnittenen Kanten und einfache Pressung,
die ein Ineinanderübergehev der Zellen bewirkt, so daß sich keinerlei Verdickungen
ergeben, die ein Abgraten oder Abhobeln nötig machen würden. Die einer solchen
Selbstschweißung
unterworfenen Teile weisen eine sehr feste Verbindung auf und reißen beim Zugversuch
nicht an der Verbindungsstelle ab.
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Schließlich kann man mit solchen Holzteilen, deren Leerräume mit
einem solchen Harz ausgefüllt worden sind, sehr leicht eine Formung oder Warmpressung
in einer Form erreichen. Die erforderliche Formkraft ist so klein, daß man dieses
Verfahren unter Benutzung von Formen aus Gips oder einem ähnlichen Material durchführen
kann, wodurch die Fabrikationskosten solcher Formteile wesentlich herabgesetzt werden.
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Als Beispiel werden im folgenden einige Proedukte beschrieben, die
durch die Behandlung von Holz entsprechend der Erfindung erhalten wurden, wobei
ihre besonderen Eigenschaften gegenüber dem Holz, das das Ausgangsprodukt bildete,
herausgestellt werden.
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I. Das Holz der Pappel, die ein weicher Baum ist und das wenig druckfest
ist, wird zu Furnierblättern von I mm Stärke geschnitten und der Einwirkung einer
Natriumhypochloritlösung zur völligen Zerstörung der Verbindungen zwischen den Zellen
ausgesetzt. Die auf diese Weise in den Furnierblättern erhaltenen Leerräume werden
dann vollständig mit Melamin angefüllt, wobei die Menge des verwendeten Melamin
etwa 700/0 vom Gewicht des behandelten und getrockneten Holzes heträgt.
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Das so erhaltene Material hat ein unter der Einheit liegendes spezifisches
Gewicht, wodurch dieser Stoff verwendungsfähig wird in den Industriezweigen. bei
denen das verarbeitete Materialgewicht von großer Bedeutung ist (z. B. in der Luftfahrtindustrie).
Zusätzlich ist dieses Material sehr widerstandsfähig gegen Druck. Während das Holz
der Pappel nur einen Druck von 2 kg/mm2 aushält. widersteht das harzgefüllte Material
einem Druck von 20 kg/mm2. Schließlich können die dünnen Platten des Materials entweder
einzeln verwendet oder auch aufeinandergeschichtet werden, um ein Material der gewünschten
Stärke zu erhalten. Dieser Arbeitsvorgang erfolgt im warmen Zustand in einer Presse
mit dem relativ geringen Eraftaufwand von etwa 10 kg/cm2.
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2. Furnierblätter der Fichte, die ein Holz aus der Gattung der Nadelhölzer
ist, werden mit einer Natriumhypochloritlösung zur Erzielung einer 250/oigen Auflösung
des Lignins und der Zerstörung der Toren behandelt. Die so erhaltenen Leerräume
und die Hoftüpfel, die durch die Toren verstopft waren, werden mit Melamin mit einer
Menge von 700/0 des Gewichtes des behandelten Holzes ausgefüllt. Das so erhaltene
Material hat ähnliche Eigenschaften wie das obengenannte und erlaubt durch Warmpressung
mit einem Druck von etwa 4 kg/cm2 die Herstellung von nahtlosen halbkugelförmigen
Kalotten einfach durch sternförmige Übereinanderlegung von drei Blättern des harzgetränkten
Holzes.
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An Stelle des Melamins kann man ebenfalls mit Vorteil das Polystyrol
als Füllstoff verwenden. Der damit erhaltene Stoff hat die die obengenannten Stoffe
überlegenen mechanischen Eigenschaften.
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Obwohl die oben angegebenen Beispiele nur die Behandlung von Schnittholz
betreffen, läßt sich das der Erfindung entsprechende Verfahren auch ebenso gut auf
Holz aller Stärken und aller Maße anwenden, z. B. für Eisenbahnschwellen, Grubenstempel
usw.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffe können zur Fabrikation
der Panzerung von Kampfwagen, der Kanzel von Flugzeugen, von Schiffen oder ganz
im allgemeinen von Körpern, die sich in der Luft oder im Wasser vorwärts bewegen,
ferner für die Karosserie von Fahrzeugen dienen.
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PATENTANSPRS,CIIE 1. Verfahren zur Herstellung hochzug- und druckfester
Werkstoffe aus Holz, durch chemische Auslosung seiner nichtcellulosischen Bestandteile
bei Erhaltung seiner Hemicellulose und des natürlichen Holzverbandes und anschließender
Behandlung mittels eines Kunstharzes, dadurch gekennzeichnet, daß in die nach dem
Herauslösen der nichtcellulosischen Bestandteile entstandene Masse eine etwa 70
Gewichtsprozent des Gewichtes der Masse betragende Kunstharzmenge einverleibt wird.