EP1681143A1 - Imprägniermittel, Verfahren zur Imprägnierung von fertig getrocknetem und profiliertem Holz und damit versehenes Holzprodukt - Google Patents

Imprägniermittel, Verfahren zur Imprägnierung von fertig getrocknetem und profiliertem Holz und damit versehenes Holzprodukt Download PDF

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EP1681143A1
EP1681143A1 EP06000818A EP06000818A EP1681143A1 EP 1681143 A1 EP1681143 A1 EP 1681143A1 EP 06000818 A EP06000818 A EP 06000818A EP 06000818 A EP06000818 A EP 06000818A EP 1681143 A1 EP1681143 A1 EP 1681143A1
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EP
European Patent Office
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wood
impregnating agent
impregnating
pigments
waxes
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EP06000818A
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EP1681143B1 (de
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Carl-G. Berninghausen
Andreas Dr. Rapp
Christian Welzbacher
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Individual
Original Assignee
Individual
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    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/34—Organic impregnating agents
    • B27K3/50—Mixtures of different organic impregnating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/34—Organic impregnating agents
    • B27K3/36—Aliphatic compounds
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    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
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    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/02—Staining or dyeing wood; Bleaching wood
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K2240/00—Purpose of the treatment
    • B27K2240/70—Hydrophobation treatment

Definitions

  • the invention relates to an impregnating agent for dried and profiled wood, consisting of hydrophobic components. Furthermore, the invention relates to a use of the impregnating agent.
  • the impregnating agent described in DE 297 80 342 U1 consists of a combination of resin and wax.
  • DE 539 391 A describes a process for the refinement of wood, in which montan wax in the molten state is pressed into the wood under high pressure.
  • montan wax in the molten state is pressed into the wood under high pressure.
  • preferably dry wood is used, which is immersed in the heated, molten montan wax and placed in this container, preferably with 8 to 14 atmospheres under pressure.
  • the text of the description speaks of a growth temperature of 105 ° C to 120 ° C or of 150 ° C in connection with a 3-hour application.
  • DE 101 60 424 A1 discloses a treatment method by means of impregnating agent in a container system for the permanent use of wood, in which freshly beaten or still moist wood is in a pressure-resistant manner Container is surrounded by an impregnating agent consisting of at least paraffin and a superplasticizer, wherein the container is under negative pressure and the container is heated.
  • This method is a juice displacement of wet wood with the impregnating agent, which is associated with a volume shrinkage of 10 to 15% and the process for finished, namely finished dried and profiled wood, not applicable.
  • US Pat. No. 6,596,063 B2 discloses an impregnation method for wood, in which the impregnating agent consists of a solvent-free melt with at least one component from the following substance groups, chemically modified natural resin, chemically modified natural resin acid and turpentine resin.
  • the impregnating agent consists of a solvent-free melt with at least one component from the following substance groups, chemically modified natural resin, chemically modified natural resin acid and turpentine resin.
  • a proportion of "wax" up to 45% (m / m) is described on the resin-based impregnating agent.
  • the object of the invention is to provide an impregnating agent and a use of the impregnating agent taking into account DE 198 41 433 C2, with the dried and profiled wood also protected in bar dimensions against moisture and a self-healing effect of the protection is provided in subsequently incurred cracks and / or damage.
  • an impregnating agent consisting of a mixture of at least two components from the substance groups paraffins, paraffin waxes, vegetable waxes, vegetable oils and / or silicone waxes, in which two components differ in terms of their mobility, wherein the at least one more mobile component of the impregnating agent under the expected environmental conditions in which the impregnated wood is to be used, is capable of migration and the impregnating agent contains pigments and / or dyes.
  • the at least one more mobile component is still mobile, namely capable of migration, present in the wood structure.
  • the selection of these at least one more mobile component is adapted to the expected environmental conditions, namely in particular temperature, humidity, possibly pressure conditions, etc., in which the finished wood product, for example, a window / door frame is to be used.
  • “migratory” means that this more mobile component is at least temporarily mobile under the ambient conditions in which the finished wood product is used.
  • the environmental conditions at the place of use of the finished wood product are of course subject natural fluctuations.
  • dried wood means that the wood is present with a maximum wood moisture below the fiber saturation.
  • profiled is intended to state that the wooden components in Final format, so are finished and require no subsequent surface finishing more. It is therefore preferably technically dried, profiled, so finished wood, which is not reworked after the impregnation process, so in particular learns no after-treatment.
  • the dried wood easily absorbs the paraffins, waxes, etc.
  • the individual fibers and / or cells of the wood are coated / encased by the hydrophobic substances. This hydrophobing produces an effective moisture protection.
  • the wood is optimally protected by the substantially complete impregnation against rot and rotting.
  • the wood protection effect against biological degradation is achieved exclusively by the hydrophobization.
  • the protection against rotting of the wood is achieved completely without the addition of fungicides or insecticides.
  • a further advantage is that the impregnation of the wood to be impregnated with the impregnating agent can be carried out at relatively low temperatures of below 160 ° Celsius, preferably up to 130 ° Celsius. Therefore occur in this minor thermal stress on the wood no loss of strength of the wood texture.
  • the stability of the wood can even be improved can be improved because the complete impregnation of the wood with the impregnating acts more like a supporting matrix.
  • the mixtures of the impregnating agent from the mentioned substance groups are also odorless and toxic harmless.
  • the impregnating agent contains pigments which provide effective UV protection.
  • pigments of their structure opaque, mineral particles, which are often used as UV protection.
  • the UV protection is intended in particular to protect against photodegradation and depolymerization in and on the impregnated wood. Accordingly, the UV protection is defined in particular as protection against photodegradation and / or depolymerization, i. H.
  • the fiber or cell structure of the wood is protected against UV exposure.
  • the pigments furthermore preferably have a particle size of less than 10 .mu.m, in particular in a distribution between 0.05 .mu.m and 10 .mu.m . This ensures that the pigments suspended in the impregnating agent are distributed as follows: the pigments of large particle size lie essentially on the wood surface; however, the small particle size pigments (micropigments) also penetrate deeper into the interior of the wood and thus cause pigmentation and a prepared UV protection in the wood interior, if subsequent damage and / or cracks occur or a reworking of the wood should be required.
  • the impregnating agent contains dyes.
  • the dyes are present as chemically dissolved substances. Unlike pigments, dyes are less UV resistant.
  • the dyes are preferably water-insoluble, ie fat-soluble, in order to achieve a uniform dyeing of the impregnating agent and thus of the wood saturated with the impregnating agent.
  • the complete staining of the impregnated wood can be used as an indicator of the fully achieved wood preservation, namely complete impregnation of the wood. If, for example, a finished wood is still severed after the impregnation, the dye dissolved in the impregnating agent visualizes the penetration depth or the complete impregnation of the wood with the impregnating agent.
  • the mixture contains at least 80% (m / m) of synthetic and / or mineral oil-derived paraffins, paraffin waxes and / or silicone waxes and up to 20% (m / m) vegetable waxes and / or oils.
  • This maximum proportion of natural (vegetable) waxes and / or oils prevents the impregnating agent from being colonized, degraded and / or discolored by organisms, which otherwise occurs very rapidly in the case of natural oils in the form of blackening due to fungi and / or bacteria would.
  • synthetic and / or mineral oil-derived paraffins and / or paraffin wax unsaponifiable waxes are saponifiable.
  • the at least one more mobile component has a lower melting point and / or a lower viscosity than the other components, the increased mobility of this component is achieved due to the said physical properties.
  • the more mobile component may have a melting point of 35 ° C to 45 ° C, so that the mobile component in outdoor conditions usual in our latitudes, at least in the summer time is mobile, that is capable of migration.
  • the melting point of the more mobile component should also be chosen in accordance with the color of the impregnated wood, since dark shades cause a higher surface temperature when exposed to sunlight, so that thus selected for darker shades a rather higher melting point for the more mobile component, for example, about 45 ° C. should be.
  • other physico-chemical properties, such as the relative humidity and / or the ambient pressure, of a component of the impregnating agent can lead to the required increased mobility.
  • the components of the impregnating agent have a melting point of 35 ° C to 135 ° C, preferably 40 ° C to 105 ° C.
  • a melting point 35 ° C to 135 ° C, preferably 40 ° C to 105 ° C.
  • the main components of the impregnating agent from the substance groups paraffins, paraffin waxes, vegetable waxes, vegetable oils and / or silicone waxes, as well as any additives.
  • the addition of fungicides and / or biocides may be beneficial, as some wood discoloring or soil modifying organisms may not be completely displaced by the major components of the saturant from settling on the wood.
  • the at least one more mobile component comprises less than 50% (m / m), preferably less than 30% (m / m) of the substance mixture, the non-mobile components of the impregnating agent will achieve sufficient grip and abrasion resistance of the impregnation and bleed out the lower ones Viscous component effectively prevented. The more mobile component is thus held by the less mobile component due to the chemical / material affinity.
  • the impregnating agent is preferably applied in one stage with a treatment time of 30 minutes to 12 hours.
  • One-stage means that the wood to be treated is introduced only once into a treatment tank and removed again after treatment.
  • the duration of treatment is to be selected depending on the material thickness of the solid wood to be impregnated, timber component or wood material and the type of wood. In particular, the temperature during the impregnation treatment and the pressure conditions play a decisive role.
  • a single-stage treatment in a temperature range below 180 ° C preferably from 60 ° C to 160 ° C, in particular from 80 ° C to 130 ° C. If possible, a temperature below 160 ° C should be chosen, as above 160 ° C, the wood structure is attacked, which leads to losses in strength.
  • the wood is subjected to a heat treatment at least 160 ° C for at least 2 h, preferably at least 4 h.
  • a heat treatment at least 160 ° C for at least 2 h, preferably at least 4 h.
  • the final impregnation is preferably carried out only after the heat treatment in a second phase of the process.
  • the impregnating agent then need not be introduced or held against the gas pressure of the exiting gasifying wood substance in the wood.
  • the gases present in the wood on cooling for example, from 160 ° C to 80 ° C together and support the impregnation with the impregnating agent in the subsequent impregnation phase, which may also be supported by external pressure.
  • a warming-up stage is preferably carried out in which a temperature difference of the internal wood temperature to the impregnating agent temperature of 30 ° C is not exceeded.
  • a treatment stage may be formed in which the internal wood temperature corresponds to the impregnating agent temperature.
  • a very high mobility of the impregnating agent ie a very strong impregnation of the wood can be achieved.
  • a cooling step may be provided, in which the wood is cooled so slowly that dissolved in the wood interior released gases and / or wood gases and washed out.
  • the single-stage treatment should be carried out in a pressure range of 20 mbar to 50 bar. It is quite conceivable that the applied external pressure is changed during the impregnation treatment. For example, initially via the atmospheric pressure increased gas pressure be applied to the wood to be impregnated to allow the impregnating agent to subsequently penetrate into the wood. At the end of the treatment, a reduced pressure, for example also below atmospheric pressure, may result in a desired outgassing and associated partial recovery of the saturant (sparging process) during the cooling step.
  • DA5 95 parts of Fischer-Tropsch paraffin, Paraflint C105 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), empirical formula: (C n H 2n + 2 ); Solidification range:> 90 ° C 5 parts of solid, saturated hydrocarbons, TerHell Paraffin 3496 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), empirical formula: (C n H 2n + 2 ); Solidification range:> 35 ° C; Viscosity at 100 ° C (DIN 51 562): 2.5 - 10 mm 2 / s 0.5% (m / m) of fine pigment dispersed, Bekro 401 red (Bekro Chemie GmbH) 0.5% (m / m) of dye red (Bekro Chemie GmbH)
  • DA30 70 parts of Fischer-Tropsch paraffin, Paraflint C105 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), empirical formula: (CnH2n + 2); Solidification range:> 90 ° C 30 parts of solid, saturated hydrocarbons, TerHell Paraffin 3496 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), empirical formula: (CnH 2n + 2); Solidification range:> 35 ° C; Viscosity at 100 ° C (DIN 51 562): 2.5 - 10 mm 2 / s 0.5% (m / m) of fine pigment dispersed, Bekro 401 red (Bekro Chemie GmbH) 0.5% (m / m) of dye red (Bekro Chemie GmbH)
  • Kiefer Splint Pinus sylvestris L. was investigated for the penetration test of the impregnating agent and the associated moisture protection success. used in the dimension 500x50x25 mm 3 .
  • the technically dried pine split wood originated from the BFH stocks and was stored in the thickness planer after cutting and cutting surface processing until the equilibrium weight was reached in the standard climate (20 ° C./65% relative air humidity). After the weight constancy of the impregnated samples in standard atmosphere (20 ° C./65% relative humidity) was reached, the impregnation process was carried out using the respective impregnating solution from Examples 1, 2 and 3.
  • Example 2 0.120% / h 1.580% / h 0.072
  • Example 3 0.055% / h 1,300% / h 0,041

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Imprägniermittel für getrocknetes und profiliertes Holz, bestehend aus einem Stoffgemisch von wenigstens zwei Komponenten aus den Stoffgruppen, Paraffine, Paraffinwachse, pflanzliche Wachse, pflanzliche Öle und/oder Silikonwachse, bei der sich zwei Komponenten hinsichtlich ihrer Mobilität unterscheiden, wobei die wenigstens eine mobilere Komponente des Imprägniermittels unter den Umgebungsbedingungen migrationsfähig ist und das Imprägniermittel Pigmente und/oder Farbstoffe enthält.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des Imprägniermittels.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Imprägniermittel für getrocknetes und profiliertes Holz, bestehend aus hydrophoben Komponenten. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des Imprägniermittels.
  • Bei der Imprägnierung von Holz kann grundsätzlich zwischen wässrigen Imprägniermitteln und reinen hydrophoben Imprägniermitteln unterschieden werden. Vorliegend handelt es sich um eine nicht wasserbasierte Hydrophobierung des Holzes.
  • Aus der DE 198 41 433 C2 sind ein Verfahren zum Herstellen eines Parkettfußbodens sowie ein hiermit hergestellter Parkettfußboden bekannt, bei dem die Holzdeckschicht des Parkettfußbodenbelages in einem Schutzmittel aus Öl oder Wachs getränkt wird bzw. durchtränkt ist. Dabei soll von der Zielsetzung ein Parkettfußboden geschaffen werden, der gegenüber bisherigen Holzfußböden eine weitaus bessere Standzeit bzw. Lebensdauer hat. Entsprechend soll die vom Schutzmittel durchtränkte Holzdeckschicht des Parkettfußbodens einen verbesserten Abriebschutz bilden. Aufgrund der Anwendung des Parkettfußbodens im Innenbereich ist ein Fäulnisschutz nicht verwirklicht.
  • Bei dem Verfahren gemäß US 1,572, 905 handelt es sich um ein zweischrittiges Verfahren, so dass es kein einheitliches Imprägniermittel mit beiden Komponenten in Form eines Blends gibt, sondern lediglich zwei getrennte Imprägniermittel, nämlich einmal das Imprägniermittel aus niedrig viskosen, leicht in das Holz eindringendem Wachs und einem zweiten, später aufgebrachten Imprägniermittel aus Asphalt, aufweist.
  • Aus der US 3,278,277 ist eine Imprägniermittelkomposition aus Steinkohlenteeröl und Wachs bekannt, jedoch ist auch in dieser Schrift eine besondere Eigenschaftsabstimmung, die die Mobilität einer mobileren Komponente in Verbindung mit den zu erwartenden Umgebungsbedingungen abstimmt, nicht gegeben.
  • Das in der DE 297 80 342 U1 beschriebene Imprägniermittel besteht aus einer Kombination von Harz und Wachs.
  • In der DE 539 391 A wird ein Verfahren zur Veredelung von Holz beschrieben, bei dem Montanwachs im geschmolzenen Zustand unter hohem Druck in das Holz gepresst wird. Dazu soll bevorzugt trockenes Holz verwendet werden, das in das erwärmte, geschmolzene Montanwachs eingetaucht und in diesem Behälter, vorzugsweise mit 8 bis 14 Atmosphären unter Druck gesetzt wird. In dem Beschreibungstext wird von einer Wachstemperatur von 105 °C bis 120 °C bzw. von 150 °C in Verbindung mit einer 3-stündigen Anwendung gesprochen.
  • Die DE 203 10 745 U1 beschreibt ein Imprägnierverfahren für Holz mit einer Wachsschmelze.
  • Ferner ist aus der DE 101 60 424 A1 ein Behandlungsverfahren mittels Imprägniermittel in einer Behälteranlage zur dauerhaften Nutzung von Holz bekannt, bei dem frisch geschlagenes noch feuchtes Holz in einem druckfesten Behälter von einem Imprägniermittel bestehend aus mindestens Paraffin und einem Fließmittel umspült wird, wobei im Behälter ein Unterdruck herrscht und der Behälter beheizt wird. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine Saftverdrängung von nassem Holz mit dem Imprägniermittel, womit eine Volumenschwindung von 10 bis 15 % einhergeht und das Verfahren für endbearbeitetes, nämlich fertig getrocknetes und profiliertes Holz, nicht anwendbar ist.
  • Weiter ist aus der US 6,596,063 B2 ein Imprägnierungsverfahren für Holz bekannt, bei dem das Imprägniermittel aus einer lösungsmittelfreien Schmelze besteht mit wenigstens einer Komponente aus den nachfolgenden Stoffgruppen, chemisch modifiziertem Naturharz, chemisch modifizierter Naturharzsäure und Terpentinharz. In weiterer Ausbildung wird auch ein Anteil von "wax" bis zu 45 % (m/m) an dem harzbasierten Imprägniermittel beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Imprägniermittel sowie eine Verwendung des Imprägniermittels unter Berücksichtigung der DE 198 41 433 C2 bereitzustellen, mit dem getrocknetes und profiliertes Holz auch in Balkendimensionen gegen Feuchtigkeit geschützt und ein Selbstheilungseffekt des Schutzes bei nachträglich entstandenen Rissen und/oder Beschädigungen bereitgestellt wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Imprägniermittel bestehend aus einem Stoffgemisch von wenigstens zwei Komponenten aus den Stoffgruppen Paraffine, Paraffinwachse, pflanzliche Wachse, pflanzliche Öle und/oder Silikonwachse, bei der sich zwei Komponenten hinsichtlich ihrer Mobilität unterscheiden, wobei die wenigstens eine mobilere Komponente des Imprägniermittels unter den zu erwartenden Umgebungsbedingungen, in denen das imprägnierte Holz eingesetzt werden soll, migrationsfähig ist und das Imprägniermittel Pigmente und/oder Farbstoffe enthält.
  • Ein Imprägniermittel mit einem ähnlichen Stoffgehalt ist in der nachveröffentlichten, älterenPatentanmeldung des Anmelders DE 103 41 883 beschrieben. Die speziellen Eigenschaften, die den Selbstheilungseffekt des Feuchteschutzes bewirken, sind in der nachveröffentlichten Schrift nicht enthalten.
  • In der ebenfalls nachveröffentlichten, älteren Patentanmeldung DE 10 2004 041 032 A1 ist ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz unter Druck mit einem bei Druckeinwirkung zumindest teilweise flüssigen Impägniermittel bekannt, das aus einer weniger als 5% Wasser aufweisenden Mischung von Paraffinen und/oder Wachs unterschiedlicher Kettenlängen bzw. Molekülgrößen besteht, wobei die Paraffine oder Wachse als Bestandteil der Mischung so ausgewählt werden, dass sie bei Umgebungstemperaturen zumindest teilweise fest sind und zumindest erst bei wesentlich höheren Temperaturen, jedenfalls über 50° Celsius, flüssig werden. Eine Durchfärbung des zu imprägnierenden Holzes mit Farbpigmenten oder Farbstoffen ist nicht beschrieben.
  • Durch die Auswahl von zwei Komponenten aus den genannten Stoffgruppen, die sich hinsichtlich ihrer Mobilität unterscheiden, wird erreicht, dass an einem fertig imprägnierten Holz die wenigstens eine mobilere Komponente weiterhin beweglich, nämlich migrationsfähig, in der Holzstruktur vorliegt. Dabei wird die Auswahl dieser wenigstens einen mobileren Komponente angepasst an die zu erwartenden Umgebungsbedingungen, nämlich insbesondere Temperatur, Feuchtigkeit, ggf. Druckverhältnisse etc., in denen das fertige Holzprodukt, beispielsweise ein Fenster-/Türrahmen eingesetzt werden soll. Dabei bedeutet "migrationsfähig", dass diese mobilere Komponente unter den Umgebungsbedingungen, in denen das fertige Holzprofukt eingesetzt wird, jedenfalls zeitweise mobil vorliegt. Die Umgebungsbedingungen am Ort des Einsatzes des fertigen Holzproduktes unterliegen selbstverständlich natürlichen Schwankungen. Dies kann beispielsweise bei Fenster-/Türrahmen, die im Außenbereich beispielsweise Temperaturen von -20 °C bis +70 °C (Sonneneinstrahlung) ausgesetzt sind, nur für einen Temperaturbereich von beispielsweise oberhalb 35 °C der Fall sein. Das heißt, dass beim vorgenannten Beispiel die mobilere Komponente bei tiefen Außentemperaturen (Winterzeit) tatsächlich nicht beweglich im Holz vorliegt. Bei Überschreiten einer Temperatur im Holz von beispielsweise 35 °C, wird dann jedoch die mobilere Komponente migrationsfähig, also im Holz beweglich.
  • Beim Entstehen von Rissen und/oder Beschädigungen des fertig imprägnierten Holzes wird so diese mobilere Komponente in Richtung auf den Riss oder die Beschädigung migrieren und somit einen Selbstheilungseffekt des Feuchteschutzes aufgrund der hydrophobierenden Eigenschaften auch dieser mobileren Komponente erzielen. Insbesondere bei Mikrorissen, die aufgrund ihrer kapillaren Wirkung besonders anfällig gegen unerwünschte Feuchtigkeitsaufnahme sind, wird durch die Diffusion der mobileren Komponente des Imprägniermittels bevorzugt vom Holzinneren in die äußeren Bereiche des Holzes der Riss mit dem hydrophoben Material wieder geschlossen. Dabei ist es im Wesentlichen unkritisch, dass bei tiefen Außentemperaturen, beispielsweise im Winter, die mobilere Komponente zeitweise nicht beweglich ist, da bei niedrigen Temperaturen der befürchtete enzymatische Holzabbau nicht stattfindet. Sobald die Temperaturen im Frühjahr oder bei starker Sonneneinstrahlung im imprägnierten Holz ansteigen, wird jedoch die mobilere Komponente beweglich und kann den Selbstheilungseffekt hervorrufen.
  • Es wird fertig getrocknetes und profiliertes Holz, also endbearbeitetes Holz mit dem Imprägniermittel durchtränkt. Dabei bedeutet getrocknetes Holz, dass das Holz mit einer maximalen Holzfeuchte unterhalb der Fasersättigung vorliegt. Der Begriff profiliert soll dabei aussagen, dass die Holzbauteile im Endformat, also endbearbeitet sind und keiner nachträglichen Oberflächenbearbeitung mehr erfordern. Es handelt sich also um bevorzugt technisch getrocknetes, profiliertes, also endbearbeitetes Holz, das nach dem Imprägniervorgang nicht mehr nachgearbeitet wird, also insbesondere keine spanende Nachbehandlung erfährt. Das getrocknete Holz nimmt die Paraffine, Wachse etc. leicht auf. Dabei werden die einzelnen Fasern und/oder Zellen des Holzes von den hydrophoben Stoffen überzogen/ummantelt. Diese Hydrophobierung erzeugt einen wirksamen Feuchteschutz. Somit ist das Holz durch die im wesentlichen vollständige Durchtränkung optimal gegen Fäulnis und Verrotten geschützt. Dabei wird die holzschützende Wirkung gegenüber biologischem Holzabbau ausschließlich durch die Hydrophobierung erreicht. Der Schutz gegen Verrotten des Holzes wird vollständig ohne den Zusatz von Fungiziden oder Insektiziden erreicht.
  • Diese Hydrophobierung führt jedoch nicht zu einer Dimensionsveränderung des Holzes, da vollständig auf wässrige Komponenten in dem Imprägniermittel verzichtet wird. Ein Aufquellen der Holzfasern und/oder -zellen wird also sicher vermieden, so dass eine Nachbearbeitung des endbearbeiteten Holzes nach der Imprägnierung nicht erforderlich ist. Mit dem Imrägniermittel wird somit auch eine erhebliche Produktionsvereinfachung erreicht, da lediglich endbearbeitetes Holz in einem Arbeitsgang imprägniert und farblich behandelt wird.
  • Vorteilhaft ist ferner, dass die Durchtränkung des zu imprägnierenden Holzes mit dem Imprägniermittel bei relativ niedrigen Temperaturen von unter 160° Celsius, bevorzugt bis 130° Celsius durchgeführt werden kann. Mithin treten bei dieser geringfügigen thermischen Belastung des Holzes keine Festigkeitseinbußen des Holzgefüges auf. Durch die Durchtränkung des Holzes mit den Imprägniermittel kann die Stabilität des Holzes sogar noch verbessert werden, da die vollständige Durchtränkung des Holzes mit dem Imprägniermittel quasi wie eine stützende Matrix wirkt.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass die Stoffgemische des Imprägniermittels aus den genannten Stoffgruppen zudem geruchlos und toxisch unbedenklich sind.
  • Bevorzugt enthält das Imprägniermittel Pigmente, die einen wirksamen UV-Schutz vermitteln. Dabei sind Pigmente von ihrer Struktur lichtundurchlässige, mineralische Partikel, die häufig als UV-Schutz verwendet werden. Der UV-Schutz soll insbesondere vor Photodegradation und Depolymerisation im und am imprägnierten Holz schützen. Entsprechend ist der UV-Schutz insbesondere als Schutz vor Photodegradation und/oder Depolymerisation definiert, d. h. die Faser bzw. Zellstruktur des Holzes wird gegen die UV-Einwirkung geschützt.
  • Die Pigmente haben weiter bevorzugt eine Partikelgröße kleiner 10 µm, insbesondere in einer Verteilung zwischen 0,05 µm und 10 µm. Damit wird erreicht, dass die im Imprägniermittel suspendierten Pigmente sich wie folgt verteilen: Die Pigmente großer Partikelgröße liegen im wesentlichen auf der Holzoberfläche auf; hingegen dringen die Pigmente kleiner Partikelgröße (Mikropigmente) auch tiefer in das Holzinnere ein und bewirken somit eine Pigmentierung und einen vorbereiteten UV-Schutz im Holzinnern, falls nachträgliche Beschädigungen und/oder Risse auftreten oder eine Nachbearbeitung des Holzes erforderlich sein sollte.
  • Zudem wird durch die im Imprägniermittel und dort in den mobileren Komponenten des Imprägniermittels suspendierten Pigmente ein Selbstheilungseffekt des UV-Schutzes erreicht. Mit der im späteren Einbauzustand unter den Umgebungsbedingungen weiterhin migrationsfähigen mobileren Komponente werden die darin suspendierten Pigmente mit dieser "Flüssigkeit" mitbewegt. Dieser Migrationsprozess führt dazu, dass nachträgliche Beschädigungen und/oder Risse im Holz mit dieser mobileren Komponente überzogen werden und sich folglich auch Pigmente an den neu geschaffenen Oberflächen ablagern, die zu einem wirksamen "nachträglich selbstständig" entstehenden UV-Schutz führen.
  • Alternativ zu den Pigmenten oder ergänzend enthält das Imprägniermittel Farbstoffe. Dabei liegen die Farbstoffe als chemisch gelöste Stoffe vor. Im Gegensatz zu Pigmenten sind Farbstoffe weniger UV-beständig.
  • Bevorzugt sind die Farbstoffe wasserunlöslich, also fettlöslich, um eine gleichmäßige Durchfärbung des Imprägniermittels und damit des vom Imprägniermittel durchtränkten Holzes zu erreichen. Die vollständige Durchfärbung des imprägnierten Holzes kann als Indikator für den vollständig erreichten Holzschutz, nämlich vollständige Durchtränkung des Holzes verwendet werden. Wird beispielsweise ein endbearbeitetes Holz nach der Imprägnierung noch durchtrennt, visualisiert der im Imprägniermittel gelöste Farbstoff die Eindringtiefe bzw. die vollständige Durchtränkung des Holzes mit dem Imprägniermittel.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, dass das Stoffgemisch mindestens 80 % (m/m) synthetische und/oder mineralölstämmige Paraffine, Paraffinwachse und/oder Silikonwachse und bis zu 20 % (m/m) pflanzliche Wachse und/oder Öle enthält. Bei diesem maximalen Anteil von natürlichen (pflanzlichen) Wachsen und/oder Ölen wird verhindert, dass das Imprägniermittel von Organismen besiedelt, abgebaut und/oder verfärbt wird, was sonst bei natürlichen Ölen in Art einer Schwärzung aufgrund von Pilzen und/oder Bakterien sehr schnell erfolgen würde. Dabei sind mit synthetischen und/oder mineralölstämmigen Paraffinen und/oder Paraffinwachsen unverseifbare Wachse gemeint. Demgegenüber sind die pflanzlichen Wachse und/oder Öle verseifbar.
  • Dadurch, dass die wenigstens eine mobilere Komponente einen niedrigeren Schmelzpunkt und/oder eine niedrigere Viskosität als die anderen Komponenten aufweist, wird die erhöhte Mobilität dieser Komponente aufgrund der genannten physikalischen Eigenschaften erreicht. Bevorzugt weisen die mobilere Komponente Paraffinwachse mit einem Schmelzpunkt kleiner 60 °C und die andere Komponente Paraffinwachse mit einem Schmelzpunkt größer 60 °C, bevorzugt 70 °C bis 105 °C auf. Beispielsweise kann die mobilere Komponente einen Schmelzpunkt von 35 °C bis 45 °C aufweisen, so dass die mobilere Komponente bei in unseren Breiten üblichen Umgebungsbedingungen im Außenbereich jedenfalls in der Sommerzeit beweglich, also migrationsfähig ist. Dabei sollte der Schmelzpunkt der mobileren Komponente auch in Abstimmung des Farbtons des imprägnierten Holzes gewählt werden, da dunkle Farbtöne bei Sonnenbestrahlung eine höhere Oberflächentemperatur bewirken, so dass folglich bei dunkleren Farbtönen eine eher etwas höherer Schmelzpunkt für die mobilere Komponente von beispielsweise etwa 45 °C gewählt werden sollte. Selbstverständlich können auch andere physikalisch-chemische Eigenschaften, wie beispielsweise die relative Feuchtigkeit und/oder der Umgebungsdruck, einer Komponente des Imprägniermittels zu der geforderten erhöhten Mobilität führen.
  • In weiterer Ausgestaltung haben die Komponenten des Imprägniermittels einen Schmelzpunkt von 35 °C bis 135 °C, bevorzugt 40 °C bis 105 °C. Dies betrifft sowohl die Hauptkomponenten des Imprägniermittels aus den Stoffgruppen Paraffine, Paraffinwachse, pflanzliche Wachse, pflanzliche Öle und/oder Silikonwachse, wie auch etwaige Additive. Beispielsweise kann für bestimmte Anwendungen der Zusatz von Fungiziden und/oder Bioziden vorteilhaft sein, da möglicherweise einige holzverfärbende oder imprägniermittelverfärbende Organismen nicht vollständig durch die Hauptkomponenten des Imprägniermittels von einer Ansiedlung am Holz verdrängt werden können.
  • Wenn die wenigstens eine mobilere Komponente kleiner 50 % (m/m), bevorzugt kleiner 30 % (m/m) des Stoffgemisches umfasst, wird durch die nicht mobilen Komponenten des Imprägniermittels eine ausreichende Griff- und Abriebfestigkeit der Imprägnierung erreicht und ein Ausbluten der niedriger viskosen Komponente wirkungsvoll verhindert. Die mobilere Komponente ist somit quasi von der weniger mobilen Komponente durch die chemisch/stoffliche Affinität gehalten.
  • Das Imprägniermittel wird bevorzugt einstufig mit einer Behandlungsdauer von 30 Minuten bis 12 Stunden angewendet. Einstufig bedeutet, dass das zu behandelnde Holz nur einmal in einen Behandlungsbehälter eingebracht und nach der Behandlung wieder entnommen wird. Die Behandlungsdauer ist dabei in Abhängigkeit der Materialstärke des zu imprägnierenden Massivholzes, Holzbauteiles oder Holzwerkstoffes und der Holzart zu wählen. Dabei spielen insbesondere auch die Temperatur während der Durchtränkungsbehandlung und die Druckverhältnisse eine entscheidende Rolle.
  • In bevorzugter Ausführungsform erfolgt eine einstufige Behandlung in einem Temperaturbereich unter 180 °C, vorzugsweise von 60 °C bis 160 °C, insbesondere von 80 °C bis 130 °C. Dabei ist möglichst eine Temperatur unter 160 °C zu wählen, da oberhalb 160 °C die Holzstruktur angegriffen wird, was zu Verlusten in der Festigkeit führt.
  • Für besondere Einsatzzwecke wird jedoch das Holz einer Wärmebehandlung bei mindestens 160 °C für mindestens 2 h, bevorzugt mindestens 4 h ausgesetzt. Mit dieser Wärmebehandlung wird eine Erhöhung der Dauerhaftigkeit des Materials gegenüber Befall durch Termiten und Meeresorganismen, insbesondere gegenüber der hochschadensträchtigen Bohrmuschel (teredo navalis), unter Inkaufnahme von Verlusten in der Festigkeit erreicht. Dabei dient das Imprägniermittel als Medium für den Wärmeeintrag.
  • Bei dieser Wärmebehandlung vergast ein Teil der Holzsubstanz, so dass während der Wärmebehandlung ein Gasaustritt aus dem Holz auftritt.
  • Entsprechend wird bevorzugt die endgültige Imprägnierung erst nach der Wärmebehandlung in einer zweiten Phase des Prozesses durchgeführt. Das Imprägniermittel braucht dann nicht gegen den Gasdruck der austretenden vergasenden Holzsubstanz in das Holz eingebracht oder gehalten werden. Zudem ziehen sich die im Holz befindlichen Gase beim Abkühlen beispielsweise von 160 °C auf 80 °C zusammen und unterstützen die Durchtränkung mit dem Imprägniermittel in der nachfolgenden Imprägnierphase, die evtl. zusätzlich mit Außendruck unterstützt wird.
  • Bei einer Imprägnierbehandlung mit erhöhter Temperatur, beispielsweise 80 °C bis 180 °C, wird bevorzugt eine Aufwärmstufe ausgeführt, bei der eine Temperaturdifferenz der Holzinnentemperatur zur Imprägniermitteltemperatur von 30 °C nicht überschritten wird.
  • In weiterer Ausgestaltung kann eine Behandlungsstufe ausgebildet sein, bei der die Holzinnentemperatur der Imprägniermitteltemperatur entspricht. In dieser Behandlungsstufe ist eine sehr hohe Mobilität des Imprägniermittels, also eine sehr starke Durchtränkung des Holzes erreichbar.
  • Um unerwünschte Blasenbildung an der Oberfläche der bereits endbearbeiteten Holzteile zu verhindern, kann eine Abkühlstufe vorgesehen werden, bei der das Holz so langsam abgekühlt wird, dass im Holzinnern freigesetzte Gase und/oder Holzgase gelöst und ausgewaschen werden.
  • Ferner sollte die einstufige Behandlung in einem Druckbereich von 20 mbar bis 50 bar erfolgen. Dabei ist es durchaus denkbar, dass der aufgebrachte Außendruck während der Imprägnierbehandlung verändert wird. Beispielsweise kann zunächst über den atmosphärischen Druck erhöhter Gasdruck auf das zu imprägnierende Holz ausgeübt werden, um das Imprägniermittel nachfolgend in das Holz eindringen zu lassen. Am Ende der Behandlung kann ein verminderter Druck, beispielsweise auch unterhalb des atmosphärischen Drucks, zu einer gewünschten Ausgasung und damit verbundenen teilweisen Rückgewinnung des Imprägniermittels (Sparverfahren) während der Abkühlstufe erfolgen.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Versuchsdurchführung unter Bezugnahme auf zwei Abbildungen beschrieben.
    • Beispiel 1
  • D: 99,5 Teile Fischer-Tropsch-Paraffin, Paraflint C105 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2); Erstarrungsbereich: > 90°C
    0,5 Teile feste, gesättigte Kohlenwasserstoffe, TerHell Paraffin 3496 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2); Erstarrungsbereich: > 35°C; Viskosität bei 100°C (DIN 51 562): 2,5 - 10 mm2/s
    0,5% (m/m) Feinpigment dispergiert, Bekro 401 rot (Bekro Chemie GmbH) 0,5% (m/m) Farbstoff rot (Bekro Chemie GmbH)
    • Beispiel 2
  • DA5: 95 Teile Fischer-Tropsch-Paraffin, Paraflint C105 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2);
    Erstarrungsbereich: > 90°C
    5 Teile feste, gesättigte Kohlenwasserstoffe, TerHell Paraffin 3496 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2); Erstarrungsbereich: > 35°C; Viskosität bei 100°C (DIN 51 562): 2,5 - 10 mm2/s
    0,5% (m/m) Feinpigment dispergiert, Bekro 401 rot (Bekro Chemie GmbH) 0,5% (m/m) Farbstoff rot (Bekro Chemie GmbH)
    • Beispiel 3
  • DA30: 70 Teile Fischer-Tropsch-Paraffin, Paraflint C105 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2); Erstarrungsbereich: > 90°C
    30 Teile feste, gesättigte Kohlenwasserstoffe, TerHell Paraffin 3496 (Sasol Wax GmbH, Hamburg), Summenformel: (CnH2n+2); Erstarrungsbereich: > 35°C; Viskosität bei 100°C (DIN 51 562): 2,5 - 10 mm2/s
    0,5% (m/m) Feinpigment dispergiert, Bekro 401 rot (Bekro Chemie GmbH) 0,5% (m/m) Farbstoff rot (Bekro Chemie GmbH)
    • Verwendetes Holz:
  • Für die Untersuchungen zur Penetration des Imprägniermittels und des damit verbundenen Feuchteschutzerfolges wurde Kiefer Splint (Pinus sylvestris L.) in der Dimension 500x50x25 mm3 eingesetzt. Das technisch getrocknete Kiefernsplint-Holz entstammte den Beständen der BFH und wurde nach Zuschnitt und spanender Oberflächenbearbeitung im Dickenhobel bis zum Erreichen des Ausgleichsgewichtes im Normklima (20°C / 65% rel. Luftfeuchte) gelagert. Nach Erreichen der Gewichtskonstanz der imprägnierten Proben im Normklima (20°C / 65% rel. Luftfeuchte) erfolgte der Imprägnierprozess unter Verwendung der jeweiligen Imprägnierlösung aus Beispiel 1, 2 und 3.
    • Imprägnierprozess:
  • Prozesstemperatur im Tränkgefäß 138°C
    Imprägniermitteltemperatur 126°C
    Holzinnentemperatur 125°C
    Druckphase bei 8,0 bar absolut 3,25 h
    Vakuumphase bei 20 mbar absolut 1,25 h
    Abkühlphase bis auf 80°C 2,25 h
    Gesamtdauer des Imprägnierprozesses: 6,75h
  • Erreichte Aufnahmemengen und optisch bestimmte Penetration des Imprägniermittels: Tabelle 1. Mittlere Aufnahmemenge und Penetration des Imprägniermittels über den Gesamtquerschnitt der aufgetrennten Proben
    Imprägniermittel Aufnahmemenge in kg/m3 optisch bestimmte Penetration
    Beispiel 1 361 100 %
    Beispiel 2 365 100 %
    Beispiel 3 376 100 %
    • Bestimmung des Feuchteschutzes
  • Es wurde das Feuchterisiko, bzw. der Feuchteschutz durch die Imprägnierung ermittelt. Nach Exposition im Normklima (20°C / 65% rel. Luftfeuchte) bis zum Erreichen der Gewichtskonstanz wurden die imprägnierten Proben für sieben Tage untergetaucht im Wasser gelagert. Während dieser Wasserabsorptionsphase wurde die Holzfeuchte täglich gravimetrisch bestimmt und die Wasseraufnahmegeschwindigkeit beim Überschreiten der Grenzholzfeuchte von 25% berechnet. Anschließend wurden die imprägnierten Proben für sieben Tage in kalibrierten Windkanälen im Normklima (20°C / 65% rel. Luftfeuchte) exponiert. Täglich wurde die Holzfeuchte während dieser Wasserdampfdesorptionsphase gravimetrisch bestimmt und die Wasserdampfabgabegeschwindigkeit beim Unterschreiten von 25% Holzfeuchte errechnet. Anhand der Ab- und Desorptionsgeschwindigkeit wurde das Risiko eines feuchteinduzierten Befalls durch holzzerstörende Organismen (MRI = Moisture induced Risk Index) berechnet. Die Ergebnisse der Bestimmung des Feuchteschutzes sind in der Abbildung 1, Abbildung 2 sowie der Tabelle 2 dargestellt.
  • Durch die Kombination zweier unterschiedlich viskoser Paraffine wurde die Feuchteaufnahme im Vergleich zu unbehandelter Kiefer-Splint verringert (Abbildung 1 und Abbildung 2), ein Feuchteschutz somit wirkungsvoll erreicht. Dies drückt sich auch in einem reduziertem feuchteinduziertem Befallsrisiko durch holzzerstörende Organismen aus (Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). Je geringer der MRI-Wert ist, desto niedriger ist das feuchteinduzierte Befallsrisiko. Tabelle 2. Geschwindigkeit der Holzfeuchteänderung und berechneter MRI-Wert
    Imprägniermittel Holzfeuchteänderung im Punkt 25% Holzfeuchte während MRI
    Absorption Desorption
    Kontrolle 11,900 %/h 1,100 %/h 2,325
    Beispiel 1 0,120 %/h 1,160 %/h 0,095
    Beispiel 2 0,120 %/h 1,580 %/h 0,072
    Beispiel 3 0,055 %/h 1,300 %/h 0,041
    • Bestimmung der UV-Beständigkeit der Oberfläche
  • Für die Bestimmung der UV-Beständigkeit wurden die mit den Imprägnierlösungen aus Beispiel 1, 2 und 3 imprägnierten Proben wie auch unbehandelte Kontrollen für 168h mit 300W Ultra-Vitalux-Lampen der Fa. Osram bestrahlt. Der Abstand der Lampen zur Probenoberfläche betrug 30cm. Untersucht wurde die Farbänderung der Außenseite der Proben wie auch die Farbänderung der Schnittfläche nach mittiger Auftrennung. Die Auswertung der Farbänderung erfolgte mittels Betrachtung der digitalisierten CMY-Werte (Cyan Magenta Yellow). Die Bewertung erfolgte durch Berechnung der prozentualen Farbänderung nach Bestrahlung. Die Ergebnisse sind in Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. dargestellt. Tabelle 3. Prozentuale Farbänderung durch UV-Bestrahlung. Positive Vorzeichen bedeuten eine Nachdunklung, negative Vorzeichen eine Aufhellung des Farbwertes
    Imprägniermittel Außenseite Schnittfläche
    Kontrolle -141,2 -142,0
    Beispiel 1 4,6 -6,4
    Beispiel 2 1,5 -2,5
    Beispiel 3 1,2 0,8

Claims (9)

  1. Imprägniermittel für endbearbeitetes, getrocknetes Holz, bestehend aus einem Stoffgemisch von wenigstens zwei Komponenten aus den Stoffgruppen
    - Paraffine,
    - Paraffinwachse,
    - pflanzliche Wachse,
    - pflanzliche Öle und/oder
    - Silikonwachse,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Komponenten hinsichtlich ihrer Mobilität unterscheiden, wobei die wenigstens eine mobilere Komponente des Imprägniermittels unter den zu erwartenden Umgebungsbedingungen, in denen das imprägnierte Holz eingesetzt werden soll, migrationsfähig ist, und dass das Imprägniermittel Pigmente und/oder Farbstoffe enthält.
  2. Imprägniermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch mindestens 80 % (m/m) synthetische und/oder mineralölstämmige Paraffine, Paraffinwachse und/oder Silikonwachse und bis zu 20 % (m/m) pflanzliche Wachse und/oder Öle enthält.
  3. Imprägniermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbstoffe wasserunlöslich, also fettlöslich sind.
  4. Imprägniermittel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente eine Partikelgröße in einer Verteilung zwischen 0,05 µm und 10 µm haben.
  5. Imprägniermittel nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mobilere Komponente Paraffinwachse mit einem Schmelzpunkt kleiner 60 °C und die andere Komponente Paraffinwachse mit einem Schmelzpunkt größer 60 °C, bevorzugt 70 °C bis 105 °C aufweisen.
  6. Imprägniermittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mobilere Komponente kleiner 50 % (m/m), bevorzugt kleiner 30 % (m/m) des Stoffgemisches umfasst.
  7. Verwendung des Imprägniermittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Imprägnierung von endbearbeitetem, getrocknetem Holz, wobei das Holz mit dem Imprägniermittel durchtränkt wird.
  8. Verwendung nach Anspruch 7 mit einem Pigmente unterschiedlicher Partikelgröße enthaltenden Imprägniermittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente im Imprägniermittel suspendieren, wobei die Pigmente großer Partikelgröße im wesentlichen auf der Holzoberfläche aufliegen, die Pigmente kleiner Partikelgröße auch in das Holzinnere eindringen und bei nachträglichen Beschädigungen und/oder Rissen die Pigmente in Suspension mit den mobileren Komponenten migrieren.
  9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der im Imprägniermittel beigemischten fettlöslichen Farbstoffe das Holz vollständig durchgefärbt wird, wobei der in der wenigstens einen mobileren Komponente gelöste Farbstoff mit dieser Komponente migriert.
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