SE509068C2 - Förfarande för att binda modifieringskemikalier vid massiva träprodukter och för att förhindra sprickbildning i dessa - Google Patents

Description

15 20 30 509 068 2 samtidigt förhindra uppkomsten av intern sprickbildning i träet.

Uppfinningen baserar sig på den tanken att en med modifieringskemikalier behandlad träprodukt torkas så länge att det inte bildas några sprickor under härdningen av produkten och att några modifieringskemikalier inte sipprar ut. I syrmerhet torkas träprodukten vid en temperatur av under 100 °C, tills fukthalten är lägre än 20 %.

Närmare bestämt kännetecknas det uppfinningsenliga förfarandet huvudsakligen av vad som är anfört i den kännetecknande delen av krav 1.

F örfarandet enligt föreliggande uppfinning lärnpar sig för alla lösningsmedelsbaserade, i synnerhet vattenlösliga, modifieringskemikalier avsedda att bindas till träet vid höga tem- peraturer. Typiskt bildas det esterbindningar mellan modifieringskentikalierna och träets (t.ex. cellulosans och/eller hemicellulosans) OH-grupper i samband med värmebehandlin- gen. Som exempel på lämpliga modifieringskeniikalier kan maleinsyra och maleinsyraan- hydrid samt maleinsyra, som används i vattenlösningar möjligen tillsammans med glyce- rol, nämnas. Med maleinsyra och maleinsyraanhydrid kan träet plasticeras för formgivning (jfr ovarmämnda FI-patentslrrifien 91503). Exempel på andra modifieringskemikalier utgörs av bärnstenssyraarihydrid och motsvarande syra, som lämpar sig för termoplastice- ring av trä, liksom även flalsyraanhydrid och motsvarande syra.

Enligt en särskilt föredragen utföringsform impregneras träprodukten väsentligen djupare än bara på ytan med maleinsyraanhydrid, med en blandning av maleinsyraanhydrid och glycerol, med bärnstenssyraanhydrid eller med fialsyraanhydrid.

Med “förbehandling avsedd träprodulct” avses inom ramen för föreliggande uppfinning en av trä tillverkad produkt, vars form eller egenskaper man önskar ändra. Man önskar till exempel bringa träprodukten i ett formbart eller plastiskt tillstånd för att formgiva den, . eller träet behandlas för att förbättra träets dimensionsstabilitet eller i synnerhet dess yt- a hårdhet. Enligt uppfinningen har den för behandling avsedda produkten typiskt åtminstone en måttlig tjocklek, som vanligen är större än ca 5 mm (= massivt trästycke). Det kan omfatta ett sammanhängande trästyeke av massivt trä, men även en laminerad produkt 10 15 20 lx) v: 3 1 509 oss (t.ex. en spän-platta eller en träfiberskiva) tillverkad av träfaner eller träspårr. Träprodukten kan också bestå av en struktur, vars enskilda träskikt är fästade vid varandra för att bilda ett laminat. I de sist nämnda fallen avses med träprodukt den skiktade eller laminerade pro- dukt som skall tillverkas och som kan impregneras antingen innan produkten utformas eller därefier.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare med maleinsyra och maleinsyraanhydrid som exempel. Det skall påpekas att förfarandet, med lämpliga modifikationer, kan tillämpas även på andra modifieringskemikalier.

Uppfinningen omfattar tre steg, nämligen behandling av trästyckena med modifieringske- mikalier, torkning av trästyckena och värmebehandling av trästyckena (bindning av modi- fieringskemikalierna vid träet under användning av värme).

Under det forsta steget impregneras trästyckena typiskt med en vattenlösning av maleinsy- ra eller maleinsyraarihydrid. Företrädesvis innehåller modifieringsärnnet även glycerol.

Denna blandning framställs företrädesvis av maleinsyraanhydrid och glycerol. Ämnena blandas med vatten, varvid maleinsyraanhydrid hydrolyseras i vattenlösningen till malein- syra. Företrädesvis impregneras trärårnaterialet med en vattenlösning av maleinsyra och glycerol med en koncentration av 1 - 99 % och ett viktförhållande av 1:10 - 10:1 mellan maleinsyran och glycerolen. Företrädesvis används en tämligen koncentrerad lösning med en koncentration av ca 20 - 60 vikt-% och ett viktförhållande av ca 1:5 - 5:1 mellan malein- syran och glycerolen. Lösningsmängden som träprodukten impregneras med beror på vilket ändamål träprodukten är avsedd för och på träråmaterialet (träslag, trätätlret och träfuktighet). Vanligen impregneras trärnaterialet med så mycket lösning så att den tränger väsentligen djupare in i Iräprodukten än bara under ytan. Om träprodukten skall utsättas för en mekanisk formgivníngsbehandling, är det viktigt att även de inre delarna av träproduk- ten är så mjuka som möjligt. Således impregneras träet företrädesvis med åtminstone ca 20 kg, företrädesvis med ca 25 - 300 kg och särskilt företrädesvis med ca 30 - 140 kg av en maleinsyraanhydrid- och glycerolblandning per kubikmeter trä. Fuktigheten eller fukthal- ten av träet avsett för impregnering uppgår företrädesvis till 5 - 30 %, i synnerhet till ca 6 - 7 %. 10 15 20 25 30 509 068 4 Impregneringen kan utföras på så sätt att man i ett tryckkärl under minskat tryck först avlägsnar lufi ur trämaterialet, därefier inmatar impregneringslösningen i kärlet och låter lösningen penetrera under normalt tryck eller möjligen under högtryck (s.k. vakuumtryck- förfarande). Altemativt kan trämaterialet sänkas ned i impregneringslösningen för en så lång tid att lösningen hinner penetrera djupt in i träet (sänkningsförfarande). Om lösningen av maleinsyra och glycerol skall bringas endast till ytan av träprodukten, kan impregnerin- gen också utföras genom ytbestrykning.

Efier behandlingen med modifieringskemikaliema torkas träprodukten långsamt vid en låg temperatur, varvid lösningsmedlet avlägsnas och lärrmar den verksamma kemikalien i träet.

Man låter torkningen fortskrida tills fukthalten i träet är lägre än 20 %, företrädesvis även lägre än 15 - 17 %. Torkningen kan utföras i rumstemperatur, men företrädesvis vid en förhöjd temperatur lägre än 100 °C. Företrädesvis utförs torkningen vid en temperatur av mellan 20 och 99 °C, särskilt företrädesvis mellan 30 och 95 °C. Vid värmebehandlingen kan man använda vilken i och för sig känd värmeanordning som helst, medelst vilken trästycket kan torkas i närvaro eller frånvaro av vattenånga, till exempel en torkugn, en inkubator eller motsvarande.

Enligt en föredragen uttöringsform utförs torkningen av träprodukten på så sätt, att tempe- raturerna av de inre delama av träprodukten respektive av träets yta bestäms kontinuerligt och att skillnaden dem emellan hålls rimligt liten. Företrädesvis uppgår temperaturskillna- den till högst 30 °C. Med uttrycket “den inre temperaturen av träet” avses temperaturen i träet på ett visst avstånd från ytan av träet. Beroende på formen av trästycket mäts “den inre temperaturen” typiskt på ett djup av åtminstone ca 2 - 5 cm. “Den yttre temperaturen” betecknar temperaturen på träytan eller något dänmder. Så motsvarar “den yttre tempera- turen” i många fall den omgivande temperaturen. Temperaturen höjs gradvis på så sätt, att temperaturskillnaden mellan träets yta och dess inre inte blir större än 30 °C. Fören-ädesvis hålls temperaturskillnaden på en nivå av 10 - 30 °C. Denna utföringsforrn kan realiseras på så sätt, att åtminstone två givare anordnas på ett provstycke, av vilken den ena mäter träets inre temperatur och den andra träets yttemperatur. Vid torkning av större mängder träpro- dukter bör flera provstycken förses med givare. I industriell skala kan ett värmeprogram för varje grupp av träprodukter bestämmas, där man tar hänsyn till utgångsfuktighetens inver- 10 15 20 25 30 5 509 oss kan på processen.

Efter torkningen utsätts de impregnerade och förtorkade produkterna för en värmebehand- ling, som utförs vid en temperatur av över 100 °C, företrädesvis av ca 100 - 200 °C.

När ärrmet används för plasticering av trä, kan man utnyttja det värme i träet som gene- rerats under torkningen. Om träet blivit avkylt efter torkningen måste det värmas på nytt till en temperatur av över 50 °C, företrädesvis under 150 °C, tex. till ca 50 - 100 °C eller upp till 120 °C. Uppvärmningstiden är mellan ett par minuter och några timmar. Behand- lingstiden beror på styckets tjocklek och på mängden impregneringslösning, vanligen räcker det med en 30 - 90 minuters behandling, men även kortare eller längre tider är möjli- ga. Enligt en föredragen utföringsform utförs värmebehandlingen genom ångning under normalt tryck. Träet innehållande modifieringskerriikalier plasticeras sedan genom vär- meinverkan, varvid det kan böjas i önskad form och/eller komprimeras. Böjningen av träet efter impregneringen och värmebehandlingen är avsevärd.

Efter formgivningen av träet binds modifieringskemikaliema vid träprodukten, till exempel i en inkubator, vid en temperatur av åtminstone 150 °C, vanligen ca 150 - 200 °C, företrä- desvis ca 170 - 180 °C. Tiden för värmebehandlingen ligger typiskt på mellan ca 10 min. och 3 timmar; beroende på trästyckets tjocklek och mängden impregneringslösning kan även längre eller kortare tider användas. Under värmebehandlingen avdunstar flyktiga beståndsdelar, vilket befiärnjar tvärbindningsreaktioner i träet.

Bindningen kan också utföras direkt på en torkad träprodtilct, t.ex. i en termokomprimerare eller en värmepress vid temperaturer över 100 °C. Styckena kan också komprimeras i pressen.

Utgående fiän våra test uppnås avsevärda fördelar med föreliggande uppfinning. Sålunda blir provstyckena genomfärgade och avsevärt hårdare på ytan. Behandlingen minskar också träets svällning och förbättrar dess stabilitet mot röta. Träet uppvisar inga inre sprickor.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare medelst några tillämpningsexempel. 10 15 20 25 30 509 068 6 Exemplen 1 - 3 beskriver en situation, där provstyckena omedelbart efier impregneringen utsatts för en värmebehandling vid en temperatur av 150 °C utan mellantorkning. Då sipp- rar ämnet ut och inre sprickor bildas i styckena. ASE-värdena för minskad svällning är dåliga. Exemplen 4 och 5 beskriver en situation, där provstyckena torkas tills de uppvisar en fukthalt som är lägre än 20 % innan bindningen äger rum vid en hög temperatur; ämnet sipprar inte ut.

Exempel 1 (jämförelse) När provstycken av tall (storlek: 20 mm x 20 mm x 360 mm) impregnerades med en 40 %-ig MG-lösning, uppgick mängden absorberat verksamt ärrme till 260 kg/m3. ASE- värdet för minskad svällning i tangentialriktningen uppgick till 40 % efter en två dygns nedsänlcning i vatten, och i radialrilctriingen till 42 % jämfört med ett kontrollstycke mättat med vatten.

Exempel 2 (jämßrelse) Absorptionen av provstycken som vakuumirnpregnerats med en 40 %-ig MG-lösning uppgick till 130 kg/m3. Svâllningen i radialrilctriingen minskade med 18 % jämfört med ett obehandlat sampel.

Exempel 3 (jämförelse) Trästycken av al och björk med en tjocklek av 20 - 23 mm, en bredd av ca 50 mm och en längd av ca l m impregnerades med en 30 %-ig blandning av maleinsyraanhydrid och glycerol. Provstyckena härdades i en värmepress vid en temperatur av 160 °C och kompri- merades med ca 20 %. Efier komprimeringen var tjockleken ca 18,5 mm. Sprickor bildades i ca 70 % av de komprimerade trästyckena under begynnelseskedet av ångningen och ämnet sipprade ut. 10 15 20 25 509 068 Exempel 4 Provstycken (25 x 100 x 500 mm) av tall och björk impregnerades med MG-lösningar med olika koncentrationer av 20, 30 och 40 % i mängder av 100 - 300 kg verksamt ämne per kubikmeter. Efter impregneringen torkades provstyckena vid en temperatur av 70 °C för 2 till 7 dygn innan maleinsyran bundits vid träet vid en temperatur av 160 °C (behandlings- tid: 2 timmar). Efier en nedsänkning i vatten under ett dygn minskade den tangentiala svällningen (ASE) hos björkstyckena med 81 till 96 % och den radiala med 80 till 94 %.

Mängden av absorberat vatten minskade med 70 till 95 % jämfört med ett obehandlat stycke. ASE-svällningen hos tallstyckena uppgick till 70 - 87 % i tangentialriktningen.

Mängden absorberat vatten minskade med 37 - 88 % jämfört med obehandlat trä.

Trästyckena behandlade på det ovarmämnda sättet lämpar sig för användning i våtutrym- men inom- och utomhus, till exempel i badrum.

Exempel 5 De mellantorkade styckena i exempel 4 komprimerades med ca 20 % i en värmepress vid en temperatur av 160 °C. Inget ämne sipprade ut ur provstyckena och inga sprickor kunde observeras ha uppstått däri. Provstyckena lades i vatten för ett dygn. Tjocklekssvällningen hos björkstyckena uppgick till 1,2 - 1,6 % och svällningen på bredden till 0,5 - 1,1 %.

Tjockleks-svällningen hos tallstyckena uppgick till 1,4 - 3,8 % och svällningen på bredden till 1,2 - 3,6 %. De obehandlade komprimerade kontrollstyckena återfick nästan helt sina ursprungliga dimensioner efier en vattenläggning på ett dygn. Brinell-hårdheten hos björk- och tallstyckena uppgick till 5 - 10.

Tack vare mellantorkningen sipprade det inte något verksamt ämne ut under komprimerin- gen. En tillräcklig mängd av ämnet hålls alltså kvar och kompressionen upphävs inte heller under våta förhållanden.

Claims (15)

10 15 20 25 30 509 068 Patentkrav:

1. Förfarande för att binda modifieringskemikalier vid massiva träprodulcter och för att förhindra inre sprickbildning i dessa, k ä n n e t e c k n at av en kombination av följ ande steg: i - träproduldema behandlas med modifieringskemikaliema, - efter behandlingen torkas träprodukterna vid en temperatur av under 100 °C, tills deras fiikthalt är lägre än 20 %, och - de med modifieringskemikaliema behandlade och förtorkade träproduktema ut- sätts för en värmebehandling utförd vid en temperatur av över 100 °C för att binda modifieringskemikalierna vid träet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det behandlas trästycken som är tillräckligt stora för att användas t.ex. i möbler.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at av att träproduktema behandlas med lösningsbaserade kemikalier, som kan bilda esterbindningar med träets OH-grupper.

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at av att man som modifieringskemikalie använder en vattenlösning av maleinsyra och glycerol.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att vattenlösningen av maleinsyra och glycerol framställs genom att bilda en 1:10 - 10: 1-blandning av maleinsyraanhydrid och glycerol, som löses i vatten för att bilda en lösning med en koncentration av 1 - 99 %.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at av att man bildar en vattenlösning av maleinsyraarihydrid och glycerol, vars koncentration uppgår till ca 20 - 60 vikt-% och som uppvisar ett viktförhållande mellan maleinsyraanhydrid och glycerol på ca 1:5 - 5:1.

7. Förfarande enligt något av kraven 4 - 6, k ä n n e t e c k n at av att träsubstansen imp- regneras med åtminstone ca 20 kg, företrädesvis med ca 25 - 300 kg och särskilt företrädes- vis med ca 30 - 140 kg av blandningen av maleinsyra och glycerol per kubikmeter trä. 10 15 20 25 509 068 9

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e te c k n at av att man som modifieringskemikalier använder bärnstenssyraanhydrid eller ftalsyraanhydrid.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att förtorknin- gen utförs vid en temperatur av ca 20 - 99 °C.

10. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at av att skillna- den mellan temperaturema i träets inre och på dess yttre yta hålls på en nivå av mindre än 30 °C under förtorkningen.

11. 1 1. Förfarande enligt krav 10, k ä n n e t e c k n at av att temperaturema i träets inre delar respektive på träets yttre yta mäts kontinuerligt och temperaturen för behandlingen anpas- sas så, att differensen mellan den inre och den yttre temperaturen uppgår till ca 10 - 30 °C.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at av att den förtorkade träprodukten utsätts för en värmebehandling utförd vid en temperatur av 100 - 200 °C.

13. Förfarande enligt krav 12, k ä n n e t e c k n at av att träprodukten värmebehandlas i en värmepress.

14. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at av att träpro- dukten före värmebehandlingen för bindning av modifieringskemikaliema utsätts för en värmebehandling vid en temperatur av ca 50 - 150 °C för att plasticera träprodukten för formgivning.

15. Förfarande enligt krav 14, k ä n n e t e c k n at av att den formgivna träprodukten utsätts för en värmebehandling vid en temperatur av över 150 °C för att härdas åtminstone på ytan.