NL1022548C2 - Werkwijze voor het veredelen van houtdelen. - Google Patents

Description

• ^

Titel: Werkwijze voor het veredelen van houtdelen 5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het veredelen van houtdelen, waarbij de houtdelen in een hydrothermolyse-stap zodanig onder invloed van verzadigde stoom worden gebracht bij een temperatuur in het bereik van 130-220°C dat een conversie van zich in de houtdelen bevindende hemicellulose en lignine plaatsvindt, waarbij de houtdelen 10 vervolgens in een uithardstap worden gedroogd tot een vochtgehalte van kleiner dan circa 3 g% bij een temperatuur in het bereik van 100-220°C.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Europese octrooi EP 0 373 726. Met de bekende werkwijze kan hout van een relatief lage kwaliteit, in het bijzonder hout met een relatief geringe duurzaamheid, grote 15 vochtgevoeligheid en sterke krimp en zwelling, zoals zacht hout, worden veredeld tot duurzaam, dimensiestabiel en schimmelongevoelig hout. De verbetering van dergelijke eigenschappen heeft niet slechts in een buitenste laag van de behandelde houtdelen plaats doch door het hele stuk. De mechanische eigenschappen, in het bijzonder de stijfheid en sterkte, van het 20 door de bekende werkwijze verkregen, veredelde hout is bovendien relatief goed ten opzichte van onbehandeld hout. Door de genoemde eigenschappen zijn de veredelde houtdelen geschikt voor constructieve en/of niet-constructieve toepassingen, zowel binnenshuis als buitenshuis, zodat deze veredelde houtsoorten binnen een relatief groot toepassingsgebied bruikbaar 25 zijn. Opgemerkt zij, dat de conversie van de hemicellulose een hydrolyse-reactie omvat.

De bekende werkwijze voor het veredelen van houtdelen is milieuvriendelijk, omdat daarbij geen of relatief weinig milieubelastende chemicaliën, zoals impregneermiddelen, schimmeldodende middelen en 30 dergelijke, behoeven te worden gebruikt en in het hout worden gebracht om de houtdelen bepaalde gewenste eigenschappen te verschaffen. Derhalve is 1 n? 2 S 4 8 H de productie en de verspreiding van deze houtdelen zeer vriendelijk voor het H milieu.

De uit EP 0 373 726 bekende werkwijze is in het bijzonder H voordelig ten opzichte van eveneens uit de stand van de techniek bekende H 5 werkwijzen, waarbij het hout slechts wordt verhit tot meer dan 180 °C om de duurzaamheid en stabiliteit te verbeteren. Het nadeel van H laatstgenoemde werkwijzen is, dat het hout daarbij zodanig bros wordt en gescheurd is, dat het veelal niet meer bruikbaar is.

Nadeel van de bekende werkwijze is, dat het te behandelen hout H 10 tijdens het uitvoeren van die werkwijze veelal scheurt. Daarbij speelt de anisotropie van het hout een niet te onderschatten rol. Krimp- en zwelcoëffïciënten zijn met name in radiale en tangentiale richting zeer verschillend. Deze scheurvorming vindt zowel inwendig als uitwendig H plaats. Hierdoor wordt de sterkte van de houtdelen aangetast. Verder leidt 15 de scheurvorming tot veredelde houtdelen met een onaantrekkelijke buitenkant. Voorts blijken de met de bekende werkwijze verkregen houtdelen in bepaalde gevallen niet de gewenste mechanische eigenschappen te hebben. Zo blijkt toepassing van de werkwijze in de praktijk te kunnen leiden tot relatief brosse houtdelen die gemakkelijk 20 breken onder mechanische belasting.

De uitvinding beoogt een werkwijze waarmee de nadelen van de bekende werkwijze zijn opgeheven onder behoud van de voordelen daarvan.

In het bijzonder beoogt de uitvinding een werkwijze volgens de aanhef, I waarbij de duurzaamheid en dimensiestabiliteit van houtdelen wordt I 25 verbeterd met behoud van de mechanische eigenschappen.

Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de houtdelen bij aanvang van de hydrothermolyse-stap een uitgangs-vochtgehalte hebben dat ligt in het bereik van 10-25 g%.

3

Verrassenderwijs blijkt, dat met de houtveredelingswerkwijze zeer goede resultaten worden verkregen door de hydrothermolyse-stap uit te voeren op houtdelen met een uitgangs-vochtgehalte in het genoemde bereik van 10-25 gewichts% (90-75 gewichts% droog hout). Deze houtdelen blijken 5 namelijk relatief weinig scheuren te bevatten. De waarde van dit aanvangsvochtgehalte waarmee de beste resultaten worden verkregen, blijkt doorgaans afhankelijk van de te behandelen houtsoort te zijn. Bij voorkeur is het uitgangs-vochtgehalte van de houtdelen kleiner dan circa 20 g%. Relatief goede resultaten worden bij de meeste houtsoorten verkregen 10 met een uitgangs-vochtgehalte dat ligt in het bereik van circa 12-18 g%, in het bijzonder in het bereik van circa 12-16 g%.

Het vocht in de houtdelen is bij voorkeur zeer homogeen in het hout verdeeld. Variaties in het uitgangs-vochtgehalte, gemeten over een houtdeel en/of tussen diverse houtdelen, liggen hiertoe bij voorkeur binnen 15 ±2%.

Het voordrogen tot het vereiste vochtgehalte kan bijvoorbeeld geschieden in houtdrogers en/of in de buitenlucht.

Voor de werkwijze komt bijvoorbeeld het hout van snel groeiende boomsoorten in aanmerking. Dergelijk hout is in het algemeen zeer weinig 20 duurzaam, het is vochtgevoelig en krimpt en zwelt sterk, is meestal vrij zacht en niet zeer sterk. Maar ook het zeer weinig duurzame spinthout (het in het groei- en levensproces actieve gedeelte van het stamhout van de boom) van andere boomsoorten die nog te vochtgevoelig en te weinig duurzaam zijn voor buiten toepassingen, komen voor de werkwijze in 25 aanmerking.

De werkwijze is bij voorbeeld toepasbaar op gezaagd hout, rond hout, fineer en verder op verschillende vormen van afvalhout, houtmot en houtchips, waaruit weer plaatmateriaal kan worden vervaardigd.

? n *» o _ . ·- J Zr .1 r ·· H Hydrothermolyse-stap H De hydrothermolyse-stap wordt bij voorkeur nauwkeurig uitgevoerd, aangezien blijkt dat het vochtgehalte van het te veredelen hout belangrijk is in verband met het tijdens deze behandeling optreden van scheurvorming in 5 het hout, zowel uitwendig als inwendig. Het blijkt dat, afhankelijk van de te behandelen houtsoort, het aanvangsvochtgehalte tussen 10 en 25 g% ligt, bij voorkeur tussen 12 en 18 g%, meer in het bijzonder tussen 12 en 16 g%. Bij voorkeur is het vochtgehalte in het hout na de hydrothermolyse-behandeling H nagenoeg gelijk gebleven is. De genoemde conversie van zich in de 10 houtdelen bevindende hemicellulose en lignine vindt plaats in verzadigde stoom, waarbij de hoogste temperatuur tussen 130 en 220 °C kan liggen, afhankelijk van de beoogde intensiteit van de thermolyse. Bij deze I hydrothermolyse-behandeling worden in de cel- en vezelwanden aanwezige hemicellulose en lignine en mogelijk aanwezige inhoudstoffen in wand en/of 15 lumina althans ten dele afgebroken tot chemisch reactieve componenten.

I Door toepassing van verzadigde stoom wordt vermeden, dat het hout tijdens I de thermolyse-stap een droging ondergaat. De genoemde conversie omvat in het bijzonder een selectieve conversie van hemicellulose en lignine.

I Zonder gebonden te willen zijn aan enige theorie, is een mogelijke 20 verklaring voor het genoemde verrassende effect, dat de scheurvorming I wordt veroorzaakt door krimp en zwelling van het hout tijdens de hydrothermolyse-stap. Deze krimp en zwelling wordt teweeggebracht door het zich tijdens de hydrothermolyse-stap in het hout bevindende, voor de I conversie benodigde vocht. Wanneer het hout tijdens de hydrothermolyse- 25 stap wordt opgewarmd, daalt het vezelverzadigingspunt van de I vezelwanden van het hout, hetgeen bij een relatief hoog houtvochtgehalte I tot de krimp van die vezelwanden leidt. Omgekeerd zal het I vezelverzadigingspunt stijgen bij een afnemende temperatuur tijdens de I 1 Π99 c A o 5 hydrothermolyse-stap, hetgeen tot de zwelling van de vezelwanden kan leiden.

Het opwarmen en afkoelen van het hout tijdens de thermolyse-stap vindt bij voorkeur zeer geleidelijk plaats, waarbij het temperatuurverschil 5 in het inwendige van het hout en aan het oppervlak ten hoogste 10 graden Celsius bedraagt. Deze geleidelijke sturing van het temperatuurverloop geschiedt bijvoorbeeld eenvoudig via de stoomdruk, behorend bij de verzadigde dampspanning en stoomtemperatuur. Op deze wijze zijn vochtgehalte veranderingen in het hout en daarmee optredende krimp en 10 zwelling goed te beheersen.

Doordat volgens de uitvinding het uitgangs-vochtgehalte ligt in het bereik van 10-25 g%, bij voorkeur tussen de 12-18 g%, meer in het bijzonder in het bereik van 12-16 g%, vindt de thermolyse-stap van de houtdelen plaats met relatief weinig houtkrimp en -zwelling zodat daarbij geen of 15 relatief weinig scheurvorming optreedt, zowel op celniveau als op houtdeelniveau.

Bij voorkeur wordt een zodanig uitgangs-vochtgehalte gekozen dat een relatief groot deel van dat vocht zich in een tri-moleculair aan het hout gebonden toestand bevindt. Het vochtgehalte is in dat geval doorgaans circa 20 15-16 g%. Wanneer het vocht tri-moleculair aan het hout is gebonden kan slechts een gering deel van het vocht vanuit de houtvezelwanden naar de cellumen diffunderen, waardoor krimp in de celwand minimaal wordt.

Het gebruik van houtdelen met een uitgangs-vochtgehalte van circa 15-16% heeft als verder voordeel, dat het vochtgehalte van dat hout 25 tijdens de hydrothermolyse-stap relatief constant kan blijven. Dit is het gevolg van het feit dat de houtvezelverzadigingspunt tijdens uitvoer van de hydrothermolyse-stap een waarde bereikt die doorgaans nabij of in dit vochtigheidsgehalte van 15-16% ligt.

Volgens een voordelige uitwerking van de uitvinding wordt de 30 hydrothermolyse-stap in hoofdzaak adiabatisch uitgevoerd, zodanig dat het ?022548 I vochtgehalte van de houtdelen in hoofdzaak na hydrothermolyse-stap gelijk is aan dat van voor die stap.

Vanzelfsprekend kan de hydrothermolyse-stap tevens worden uitgevoerd op houtdelen waarin het vochtgehalte minder gelijkmatig is 5 verdeeld. Dit heeft echter het nadeel, dat daardoor de kans op scheurvorming tijdens het uitvoeren van de hydrothermolyse-stap, wordt vergroot, en dat de conversie minder gelijkmatig plaatsvindt. Tussendroging

Bij voorkeur worden houtdelen tussen de hydrothermolyse-stap en 10 de uithardstap gedroogd in een tussendroogstap, zodanig dat de houtdelen een vochtgehalte in het bereik van 2-10 g% verkrijgen.

Deze tussenstap is voordelig om het vochtgehalte van het gethermolyseerde hout zo ver omlaag te brengen, dat tijdens de uithardingsstap nog slechts een geringe hoeveelheid vocht moet worden 15 verdampt, waardoor tijdens die uithardstap het hout bijna niet meer krimpt. In de tussendroogstap wordt het hout bij voorkeur gedroogd tot een vochtgehalte van 5-8 g%, meer in het bijzonder tot een vochtgehalte van circa 7 g%. Het tussendrogen geschiedt bijvoorbeeld in houtdrogers, algemeen bekend in de houtverwerkende industrie. Na de thermolyse-stap 20 is het hout nog relatief zacht waardoor snel scheuren kunnen ontstaan. Voor het droogprogramma worden bijvoorbeeld bekende, veelal milde schema’s gevolgd.

Uitharden

In de uithardstap worden de houtdelen vervolgens, althans na de 25 thermolyse-stap, gedroogd tot een vochtgehalte van kleiner dan circa 3 g% bij een temperatuur in het bereik van 100-220°C Tijdens deze stap wordt het hout bij voorkeur in een zuurstofarm milieu gebracht. Hierin wordt de temperatuur bijvoorbeeld geleidelijk opgevoerd tot een hoogte van circa 150 tot 200 °C, afhankelijk van het beoogde resultaat met betrekking tot \ ü 2 5 4 8 7 houtsoort en toepassing. Tijdens deze behandeling verliest het hout in hoofdzaak de laatste resten vocht, waarbij het nog iets na krimpt. Is het houtvochtgehalte bij de start van deze stap te hoog, dan is ook hier weer een grote kans aanwezig op het ontstaan van scheuren en vervormingen in het 5 hout. Met de bovengenoemde tussendroogstap kan dergelijke scheurvorming worden tegengegaan.Tijdens de uithardstap vindt fixatie plaats van de bij de thermolyse-stap gevormde chemisch reactieve componenten in de celwanden. Door de opgetreden fixatie van de chemisch reactieve componenten wordt opname van vocht sterk afgeremd en daarmee wordt 10 het krimpen en zwellen en samenhangende daarmee ook het werken van het hout sterk verminderd. Het vezelverzadigingspunt komt door de uitharding bij een relatief laag vochtgehalte te liggen, waardoor het hout reeds minder gevoelig wordt voor aantasting door houtvernielende schimmels. Bovendien zijn enkele van de chemische gevormde componenten 15 enigszins toxisch voor houtvernielende schimmels en is het gemakkelijk afbreekbare hemicellulose voor een groot deel of zelfs geheel uit het houtweefsel verdwenen. Deze combinatie van factoren resulteert in een verhoogde duurzaamheid van het hout.

Het opwarmen en afkoelen van het hout tijdens de uithardstap 20 vindt bij voorkeur geleidelijk plaats, zodanig dat het temperatuurverschil in het inwendige van het hout en aan het oppervlak te hoogste 15 graden Celsius bedraagt. Het zich nog in het hout bevindende vocht zal verdampen bij toenemende houttemperatuur. Het te snel laten verdampen van het vocht leidt tot een te snelle krimp van de celwand, hetgeen eveneens aan de 25 ongewenste scheurvorming van het hout kan bijdragen.

Verrassenderwijs blijkt het hout goede mechanische eigenschappen te bezitten aan het einde van de uithardings-behandeling wanneer de houtdelen een vochtgehalte in het bereik van 2-10 g%, bijvoorkeur 5 tot 8%, hebben bij aanvang van die uithardstap. In de eerste plaats blijkt dit hout 30 niet of relatief weinig onder invloed van krimp te scheuren tijdens de 1022548 H uithardstap. Daarnaast zijn deze houtdelen na afloop van de uithardstap H relatief sterk.

H Conditionering H Volgens de uitvinding is het verder zeer voordelig wanneer de 5 houtdelen na de uithardstap een conditioneringsstap ondergaan ten behoeve H van het conditioneren van het hout.

Na het uitharden heeft het behandelde hout een zeer laag vochtgehalte, waarbij het doorgaans niet goed ver- en bewerkbaar is. Door het conditioneren van het hout kunnen de houtdelen onder gecontroleerde 10 omstandigheden een gewenst eindvochtgehalte verkrijgen, bijvoorbeeld een vochtgehalte waarbij de houtdelen geschikt zijn om direct te worden H toegepast, ver- en bewerkt zonder verlies van houtkwaliteit. Het H conditioneren kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd in een houtdroger waarin het klimaat wordt bevochtigd door inspuiten van lage druk stoom.

15 Het hout wordt door de conditioneringsstap bij voorkeur op een vochtgehalte in het bereik van circa 2-8 g% gebracht. In het bijzonder wordt het hout op een vochtgehalte gebracht dat in overeenstemming is met een I relatieve luchtvochtigheid (RV) van het klimaat waarin het zal worden toegepast, bijvoorbeeld een 50 a 65 % RV voor een binnenklimaat of 75 % 20 RV voor toepassing in het buitenklimaat. Hierbij zij opgemerkt, dat de I houtvochtgehalten van het veredelde hout tijdens toepassing veel lager zijn I dan die van het onbehandelde hout bij gelijke RV waarden, zodat het I veredelde hout relatief weinig of geen last heeft van schimmelvorming en/of houtrot ten opzichte van onbehandeld hout.

I 25 Bij het uitvoeren van de diverse stappen van de werkwijze komen I doorgaans verschillende chemische verbindingen in het hout vrij, I bijvoorbeeld azijnzuur, die, wanneer ze in de lucht komen, irritant kunnen I zijn. Om deze reden vinden de behandelingen bij voorkeur in geheel gesloten I installaties plaats, waarbij in hoofdzaak al het uit het hout vrijkomende I 30 vocht met de vrijkomende chemische verbindingen als condensaat kan I 1 0 2 ? ς /! o 9 worden afgevoerd. De hydrothermolyse-stap kan bijvoorbeeld in een autoclaaf worden uitgevoerd. Voor de droogstap(pen) kunnen een of meer afsluitbare houtdrogers worden toegepast, welke bij voorkeur zijn voorzien van een koelsysteem waarmee het uit het hout afkomstige vocht wordt 5 gecondenseerd en afgevoerd. Voor het uitharden kan bijvoorbeeld een afsluitbare oven zijn voorzien, welke een condensaatafvoer en een luchtbehandelingsinstallatie omvat.

De uitvinding zal thans worden verduidelijkt aan de hand van een voorbeeld.

10

Voorbeeld

Verse houtdelen, bijvoorbeeld recent van een boom afgezaagde stukken hout met een relatief hoog vochtgehalte, zijn in een drooginrichting behandeld en op een uitgangs-vochtgehalte in het bereik van circa 12-16 g% 15 (88-84 g% droog hout) gebracht. Vervolgens zijn de houtdelen in een hydrothermolyse-stap zodanig onder invloed van stoom gebracht bij een temperatuur in het bereik van 130-220°C dat een conversie van zich in de houtdelen bevindende hemicellulose en lignine tot chemisch reactieve componenten plaatsvond. Daarna zijn de houtdelen behandeld in 20 tussendroogstap zodat het hout een vochtgehalte van circa 7 g% verkreeg. Deze houtdelen zijn verder gedroogd en uitgehard in een uithardstap, waarbij fixatie plaatsvind van de bij de thermolyse gevormde chemisch reactieve componenten, bij een temperatuur in het bereik van 100-200°C. Het vochtgehalte van de houtdelen nam daarbij af tot een vochtgehalte van 25 circa 0,5 g%. Na de uithardstap volgde een conditioneringsstap waarbij het hout op een vochtgehalte in het bereik van circa 4-6 g% is gebracht.

Resultaten

Zoals genoemd, heeft de werkwijze volgens de uitvinding voordelige effecten op de mechanische eigenschappen van het hout. Hieronder zijn de 30 belangrijkste effecten kort weergegeven.

< ' 'u<-5 48 H Lignine bepaalt in belangrijke mate de druksterkte van hout. Deze druksterkte neemt doorgaans enigszins toe ten gevolge van de onderhavige H werkwijze (hetgeen waarschijnlijk wordt veroorzaakt door cross linking van het lignine netwerk). De elasticiteitsmodulus neemt doorgaans eveneens 5 toe. De Janka-hardheid verandert niet of kan in geringe mate toenemen.

Tabel 1 toont de resultaten van de werkwijze volgens de uitvinding voor een aantal verschillende houtsoorten, waarbij het hout ten behoeve van veredeling telkens achtereenvolgens de volgende vijf stappen heeft ondergaan: de droogstap, hydrothermolyse-stap, tussendroogstap, 10 uithardstap en conditioneringsstap. In de tabel zijn de dichtheid, de

buigsterkte MOR (e. Modulus of rupture) en de elasticiteitsmodulus MOE

H (e. Modulus of elasticity) van onbehandelde houtdelen vergeleken met die van de veredelde houtdelen. Uit de tabel blijkt dat de meeste houtsoorten na veredeling een enigszins kleinere buigsterkte en een enigszins grotere 15 elasticiteitsmodulus vertonen ten opzichte van onbehandeld hout. In het algemeen kan worden gesteld dat de mechanische eigenschappen van het I hout onder invloed van de onderhavige veredelingswerkwijze goed behouden, of zelfs verbeterd blijken te zijn.

I Vol. Massa (kg/m3) MOR (N/mm2) MOE (N/mm2) I Veredelc Ref * Veredeld Ref * Veredeld Ref * I Douglas 549 580 77 81 11807 11600 I Grenen 512 500 74 79 12840 10800 I Radiata pin< 477 460 60 70 ~ 9605 9000

Vuren 422 460 67 77 10780 10800

Berken 591 673 74 125 15568 14200

Elzen 493 513 63 76 12386 9400

Populier 393 457 56 70 10172 9700 20 Tabel 1. Mechanische eigenschappen van diverse houtsoorten. *) Lit.: Hout vademecum 1996. (Kluwer Technische boeken BV).

11

Tabel 2 toont nadere testresultaten voor Europees grenen dat is veredeld door de onderhavige werkwijze, althans door bovengenoemde vijf stappen, ten opzichte van onbehandeld Europees grenen. Bij het bepalen van de mechanische eigenschappen van deze houtsoort is gebruik gemaakt 5 van in hoofdzaakfoutvrije proefstukken.

Veredeld Onbehandeld grenen ___grenen__(dezelfde partij) _

Volumieke massa (DIN 52182)__Kg/m3___

Buigsterkte (DIN 52186) N/mm2 85,9 88,7 - Standaardafwijking 20,8 10,4 - Vochtgehalte___4J.__14,8_

Elasticiteitsmodulus buigsterke__N/mm2 10660__9660_

Elasticiteitsmodulus druksterkte N/mm2 • Parallel 1371 1505 - Radiaal 169 569 - Tangentiaal___203 __274_

Elasticiteitsmodulus treksterkte N/mm2 10536 10900 (parallel)____

Druksterkte parallel aan de vezelrichting N 65,7 51,3 (DIN 52185) -Standaardafwijking % 11,3 6,4 - Vochtgehalte__%__4J5__13,5_

Druksterkte radiaal N 2,4 4,2 - Standaardafwijking % 30,4 7,0 - Vochtgehalte__%__4J5__12,6_

Druksterkte tangentiaal N 4,1 3,8 - Standaardafwijking % 13,6 8,4 - Vochtgehalte__%____13,4_

Treksterkte parallel aan de vezelrichting N/mm2 58,6 95,5 (DIN 52188) - Standaardafwijking % 37,6 22,5 - Vochtgehalte__%__4j2__13,2_

Brinell hardheid N/mm2 - Langsvlak 59 37 - Kops___20__19_

Tabel 2. Mechanische eigenschappen van veredeld Europees grenen (Pinus syluestris).

10 Uit de tabellen blijkt verder, dat de gevolgde werkwijze invloed heeft op de treksterkte van het hout. Deze treksterkte is ten gevolge van de veredeling afgenomen, in het bijzonder door hydrolyse van cellulose fibrillen. Cellulose bepaalt in belangrijke mate de treksterkte van hout.

1 0 2 ? ς yi o H Naast de genoemde eigenschappen blijkt de volumieke massa ten gevolge van de veredelingswerkwijze doorgaans af te nemen, hetgeen waarschijnlijk wordt veroorzaakt door het verdampen van organische componenten. Daarnaast wordt veelal waargenomen, dat het breken van het 5 op beschreven wijze veredelde hout, althans tijdens een destructieve buigsterkte-test, gepaard gaat met een korte en soms zelfs brosse breuk.

Daarbij blijkt loofhout, met name dichtbij het hart, gevoeliger te zijn voor een brosse breuk dan naaldhout. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt doordat de vezellengte van loofhout aanzienlijk korter is dan die van 10 naaldhout.

Nadere meetresultaten, betreffende hysterese, zwelling en krimp van door de onderhavige uitvinding veredeld hout ten opzichte van onbehandeld hout, zijn in de begeleidende figuren weergegeven. Daarin I toont: 15 fig. 1 meetresultaten betreffende Europees douglas; fig. 2 meetresultaten betreffende radiata pine; en fig. 3 meetresultaten betreffende abachi.

I In elk van de figuren 1-3 is langs de verticale as de houtvochtigheid vg (%) uitgezet. Op de horizontale as is links van de vg-as de relatieve 20 luchtvochtigheid RV (%) uitgezet, terwijl rechts van de vg-as de krimp k en I zwelling z (%) zijn uitgezet. Resultaten betreffende het onbehandelde hout zijn telkens met ongemarkeerde lijnen getekend, terwijl de gegevens van het veredelde hout door met 'x' gemarkeerde lijnen zijn weergegeven. De I respectieve metingen zijn verricht volgens methoden die zijn beschreven in I 25 het boek van Rijsdijk J.F. en Laming P.B., getiteld "Physical and related I properties of 145 timbers", 1994, Kluwer Academic Publishers.

I Links van de vg-as is in de figuren 1-3 telkens de hysterese van I onbehandeld hout en het via de bovengenoemde vijf veredelings-stappen I veredelde hout weergegeven. Deze hysterese omvat een vochtgedrag van 30 hout, waarbij vochtdesorptie en -adsorptie langs verschillende lijnen d resp.

1 Π O O r 13 a verlopen in het verband tussen de houtvochtgehalte vg (%) en relatieve luchtvochtigheid RV (%). In deze linkerdelen van de grafieken valt in de eerste plaats het minder steile verloop van de hysterese van het veredelde hout ten opzichte van het onbehandelde hout op. Daarnaast zijn grotere 5 verschillen tussen de ligging van de respectieve desorptie- en de adsorptielijnen d, a zichtbaar. Dit vormt een aanwijzing voor een grote stabiliteit, die zowel het naaldhout als het loofhout door de behandeling heeft gekregen.

Zoals bijvoorbeeld uit fig. 1 volgt, zal onbehandeld Europees 10 douglas bij een RV van 80 % (en een temperatuur van 20 °C ) bij adsorptie een vochtgehalte bereiken van ongeveer 15 %. Komt dit hout in een droger klimaat dan zal het hout bij ongeveer 70 % RV neiging tot krimp vertonen: het snijpunt van het vochtgehalte van 15 % en de desorptielijn d. Bij verder dalen van de RV krimpt het hout. Dezelfde situatie voor het veredelde 15 Europees douglas levert het volgende op: bij 80 % RV bereikt het hout bij adsorptie een vochtgehalte van 8 %. In een droog klimaat geplaatst zal het hout eerst bij een RV van 55 % een neiging tot krimp vertonen (snijpunt van de lijn voor 8 % vochtgehalte en de desorptielijn d). Een afname derhalve van 25 % RV voor het behandelde hout tegenover 10 % RV voor het 20 onbehandelde hout, hetgeen een grote toename in de stabiliteit van het douglas betekent als gevolg van de behandeling. Het omgekeerde geldt eveneens: uitgaande van een punt op de desorptielijn d neemt de RV bij het behandelde hout veel meer toe voor het hout gaat zwellen dan bij het onbehandelde hout. Dergelijke resultaten zijn tevens in figuren 2 en 3 25 zichtbaar voor radiata pine resp. albachi.

In de figuren 1-3 is verder direct af te lezen wat het houtvochtgehalte vg is bij een bepaalde waarde van de relatieve luchtvochtigheid RV. Zoals blijkt, blijft het houtvochtigheidsgehalte vg voor 1 022 5 a H het veredelde hout telkens onder de 20%. Derhalve krijgen houtrot en schimmels nagenoeg geen kans om dit hout te aan te tasten.

Daarnaast geven elk van de figuren 1-3 in de rechterhelft de optredende krimp k (%) en zwelling z (%) weer voor het geval dat het hout 5 uit een ander klimaat komt of uit de natte of geheel droge toestand. In het bijzonder is telkens het houtvochtgehalte vg als functie van de tangentiale zwelling zt, radiale zwelling zr, tangentiale krimp kt en radiale krimp kr van het hout getekend. Een uitleg van laatstgenoemde begrippen zt, zr, kt, kt is in onderstaande paragraaf 'begrippen en definities' gegeven. Uit de 10 grafieken 1-3 volgt, dat de krimp kt, kr en zwelling zt, zr bij het veredelde hout aanzienlijk is gereduceerd, met name bij de beide naaldhoutsoorten douglas en radiata pine. Ook de afname van het vezelverzadigingspunt is bij H deze houtsoorten groot: van 28 - 30 % naar 17 - 18 %. Zoals fig. 3 toont, zijn de verschillen bij de tropische loofhoutsoort abachi minder groot omdat 15 onbehandeld abachi reeds een geringe krimp heeft en een laag I vezelverzadigingspunt.

In het volgende worden nadere testresultaten betreffende de duurzaamheid en de gevarenklasse van het volgens de onderhavige uitvinding veredelde hout gegeven.

20 De natuurlijke duurzaamheid van een aantal op bovenbeschreven wijze veredelde houtsoorten is vastgesteld met diverse gestandaardiseerde testmethoden, o.a. de EN 113 (beproevingsmethode voor de bepaling van de preventieve werking tegen houtaantastende basidiomyceten) en de ENV 807 (determination of the toxic effectiveness against soft rotting micro-fungi and 25 other soil inhabiting micro-organisms). Hieruit blijkt dat de volgens de onderhavige uitvinding veredelde naaldhoutsoorten die helemaal of voor een groot deel uit spinthout bestaan (bijv. diverse grenensoorten), geschikt zijn voor toepassingen in gevarenklasse 3 (bovengronds en niet onder dak volgens EN 335-1) met een verwachte levensduur van tenminste 15 jaar (in 30 een gematigd klimaat). Veredeld naaldhoutsoorten die helemaal of voor het 1022548 -^g-π-.ι-u ..1.-.....-’· ·' ..... , " y?'Tg?*^^^^^g^HSSag^^^^^W^,gfg^fc,y . '-•j.^ÏaWB—— 15 grootste deel uit kernhout bestaan (bijvoorbeeld lariks, douglas, vuren), zijn geschikt voor toepassingen in gevarenklasse 4 (in contact met grond en/of zoet water volgens EN 355- 1) met een verwachte levensduur van tenminste 15 jaar (in een gematigd klimaat). Veredeld loofhout (o.a. espen, berken, 5 elzen en populieren) blijkt geschikt te zijn voor toepassing in gevarenklasse 3.

Zoals is genoemd, is het volgens de onderhavige werkwijze veredelde hout relatief duurzaam. Zo blijkt het veredelen van het hout bijvoorbeeld een duidelijk positief effect te hebben op het tegengaan van 10 aantasting door de huisboktor. Het gebruik van veredeld douglas en vuren blijkt na 4 weken tot een grotere sterfte onder de larven van de huisboktor te leiden dan bij onbehandeld hout. Na 12 weken bleken alle larven in het veredelde vuren gestorven te zijn, terwijl na die periode nog 37 % resp. 96 % van de larven in leven bleek te zijn in onbehandeld douglas resp. vuren.

15

Begrippen en definities

In het volgende wordt de relatie tussen het hout-vochtgehalte en de krimp nader toegelicht. Het vochtgehalte (vg) van het hout is het gewicht 20 van het vocht dat een stuk hout bevat ten opzichte van het droge gewicht van dat stuk hout, uitgedrukt in procenten.In formulevorm: vg=(pg - po)/poxlOO% 25 waarin pg het gewicht van een stuk hout in vochtige/natte toestand is, en p0 het gewicht van het zelfde stuk hout in geheel droge toestand is (gedroogd bij een temperatuur van 103-105 °C tot constant gewicht doch niet langer dan 48 uren voor gebruikelijke proefmonsters.).

1022548 H Hout is hygroscopisch, dat wil zeggen dat het vochtgehalte in een H directe relatie staat tot de vochtigheid van de het hout omgevende lucht en deze luchtvochtigheid wordt algemeen aangeduid als de relatieve H vochtigheid en aangegeven in een percentage b.v. een relatieve vochtigheid 5 (RV) van 65 % of 90 %. 0 % is absoluut droge lucht en 100 % is de maximale H hoeveelheid vocht die de lucht kan bevatten bij de gegeven temperatuur en druk.

Bij een RV van tegen de 100 % bereikt hout als hygroscopisch materiaal ook een maximum, te weten het vezelverzadigingspunt dat, 10 afhankelijk van de houtsoort, tussen 30 en 20 % ligt. In deze situatie zijn de celwanden verzadigd maar in de celholten, de lumina, komt nog vrijwel geen H vocht voor. Dit vocht wordt gebonden water/vocht genoemd. Is het hout- vochtgehalte hoger dan deze waarde dan is dat meerdere vocht opgeslagen in de lumina en dat vocht wordt aangeduid als vrij water. Zo kan vers 15 gekapt hout een hoog vochtgehalte hebben, bijvoorbeeld 180 - 210% voor populieren, 110 - 160 % voor spinthout van veel houtsoorten, of 60 - 90 % voor kernhout.

Tussen het houtvochtgehalte beneden het vezelverzadigingspunt en de krimp, resp. zwelling van hout bestaat verder een vast verband dat 20 afhankelijk is van de houtsoort. Uitgaande van het vezelverzadigingspunt krimpt het hout des te meer naarmate het vochtgehalte lager is. Van vele I houtsoorten is het verband tussen vochtgehalte en krimp/zwelling bekend.

I In de structuur van een boomstam en daarmee in ieder stuk uit de I stam gezaagd hout zijn drie richtingen te herkennen en wel: de 25 lengterichting, gelijk aan de lengterichting van de stam; de radiale richting, lopende van het hart van de stam in radiale richting naar de bast; de tangentiale richting; lopende evenwijdig aan de bast. Het structuurbeeld van hout is in deze drie richtingen verschillend en te samen vormen ze een drie dimensionaal beeld van de anatomische bouw van het hout. Bijna

1 0 ? /' ‘r> d A

17 iedere houtsoort heeft zijn eigen structuurbeeld en is daaraan dan ook via microscopisch onderzoek te herkennen.

Krimp en zwelling in deze drie richtingen is eveneens verschillend, waarbij de grootste krimp en zwelling die in de tangentiale richting is. Een 5 geringere krimp/zwelling vindt plaats in radiale richting, terwijl de krimp.zwelling nog geringer is in de lengterichting. De krimp en zwelling in tangentiale en radiale richting is in de figuren 1 t/m 3 voor normaal hout en behandeld hout weergegeven. Uit de figuren volgt, dat krimp en zwelling van hout duidelijk anisotroop is.

10 Voor de vakman is duidelijk dat de uitvinding niet is beperkt tot de beschreven voorbeelden. Het spreekt vanzelf dat diverse wijzigingen mogelijk zijn binnen het raam van de uitvinding zoals verwoord in de navolgende bonclusies.

Zo kan de uithardstap bijvoorbeeld worden uitgevoerd in een pers 15 bij een druk die ligt in het bereik van 2-50 bar. Verder kan de werkwijze worden toegepast op verschillende soorten houtdelen, bijvoorbeeld gezaagd hout, rond hout, vers en/of oud hout, houten planken, balken, platen, fineer, palen, dunne strips, en/of blokken en dergelijke. Verder kan de werkwijze worden toegepast op afvalhout dat op zichzelf nauwelijks nuttige 20 toepassingen biedt, om daaruit bruikbare houtdelen te verkrijgen. De houtdelen kunnen massief hout omvatten.

De houtdelen kunnen diverse afmetingen hebben, bijvoorbeeld handelsafmetingen. Bij voorkeur is ten minste één afmeting, bijvoorbeeld de lengte, dikte, en/of breedte, van te veredelen houtdelen groter dan circa 10 25 cm, zodat de veredelde houtdelen in hoofdzaak direct bruikbaar zijn, bijvoorbeeld voor constructieve doeleinden en/of afwerking.

Naast bovengenoemde houttdelen, die relatief groot zijn, kan de werkwijze volgens de uitvinding tevens op kleinere houtdelen worden toegepast, bijvoorbeeld versnipperde, verzaagde en/of anderszins bewerkte 30 houtdelen, bijvoorbeeld houtsnippers, chips, spaanders, vezels en/of 1022548 Η Η houtmot. In dat geval kunnen de verkleinde houtdelen na de hydrothermolyse-stap, bijvoorbeeld tijdens en/of na de uithardstap, weer tot grotere, houtbevattende elementen en/of composieten worden gecombineerd H en/of gevormd, bijvoorbeeld door verlijming, persing of dergelijke. Dergelijke H 5 houtbevattende elementen kunnen bijvoorbeeld diverse plaatmateriaal, H balken, platen, palen, blokken en dergelijke omvatten.

Voor de werkwijze komt bijvoorbeeld hout van relatief snel groeiende boomsoorten in aanmerking. Dergelijk hout is in onbehandelde toestand in het algemeen weinig duurzaam, vochtgevoelig, krimpt en zwelt 10 sterk, is meestal vrij zacht en relatief zwak. Daarnaast kan bijvoorbeeld het H zeer weinig duurzame spinthout (het in het groei- en levensproces actieve H gedeelte van het stamhout van de boom) van andere boomsoorten benevens houtsoorten die nog te vochtgevoelig en te weinig duurzaam zijn voor buiten toepassingen, met de werkwijze volgens de uitvinding worden veredeld.

I 1 0 2 2 s 4

Claims (18)

1. Werkwijze voor het veredelen van houtdelen, waarbij de houtdelen in een hydrothermolyse-stap zodanig onder invloed van verzadigde stoom worden gebracht bij een temperatuur in het bereik van 130-220 °C, dat een conversie van zich in de houtdelen bevindende hemicellulose en lignine 5 plaatsvindt, waarbij de houtdelen vervolgens in een uithardstap worden gedroogd tot een vochtgehalte dat lager is dan circa 3 g% bij een temperatuur in het bereik van 100-220°C, met het kenmerk, dat de houtdelen bij aanvang van de hydrothermolyse-stap een uitgangs-vochtgehalte hebben dat ligt in het bereik van 10-25 g%.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het uitgangs- vochtgehalte van de houtdelen ligt in het bereik van circa 12-18 g%, in het bijzonder in het bereik van circa 12-16g%.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de houtdelen een droogstap ondergaan ten behoeve van het verkrijgen van het 15 genoemde uitgangs-vochtgehalte alvorens de hydrothermolyse-stap wordt uitgevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de genoemde droogstap ten minste gedeeltelijk in een drooginrichting wordt uitgevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de 20 genoemde droogstap ten minste gedeeltelijk in de open lucht wordt uitgevoerd.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hydrothermolyse-stap in hoofdzaak adiabatisch wordt uitgevoerd, zodanig dat het vochtgehalte van de houtdelen in hoofdzaak 25 constant is tijdens die hydrothermolyse-stap.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de houtdelen tussen de hydrothermolyse-stap en de 1 0-77 s -1 Iuithardstap worden gedroogd in een tussendroogstap, zodanig dat de houtdelen een vochtgehalte in het bereik van 2-10 g% verkrijgen.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de houtdelen bij de tussendroogstap op een vochtgehalte in het bereik van circa 5-8 g% 5 worden gebracht.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de houtdelen door de tussendroogstap op een vochtgehalte van circa 7 g% worden gebracht.

10. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het 10 kenmerk, dat de houtdelen na de uithardstap een conditioneringsstap ondergaan ten behoeve van het conditioneren van het hout.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het hout door de conditioneringsstap op een vochtgehalte in het bereik van circa 2-8 g% worden gebracht, in het bijzonder circa 4-6 g%.

12. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de uithardstap wordt uitgevoerd in een pers bij een druk die ligt in het bereik van 2-50 bar.

13. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de uithardstap in een zuurstofarme omgeving wordt 20 uitgevoerd.

14. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het uitgangs-vochtgehalte van de houtdelen ligt in het bereik van circa 15-16 g%.

15. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het 25 kenmerk, dat ten minste één afmeting van elk van de houtdelen althans voor de hydrothermolyse-stap groter is dan circa 10 cm.

16. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de houtdelen zijn verdeeld in verschillende kleinere houtdelen, bijvoorbeeld door versnippering en/of verzaging, waarbij deze 1 022548 kleinere houtdelen althans de genoemde hydrothermolyse-stap en uithardstap ondergaan.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de behandelde kleinere houtdelen worden gecombineerd tot hout-bevattende 5 elementen.

18. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de houtdelen in de uithardstap worden gedroogd tot een vochtgehalte dat lager is dan circa 2 g%. 10 1 022548