SE509980C2 - Förfarande för att binda olja vid trä - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 980 2 glycerol. Som följd av det låga pH-värdet (1 - 2) avtar träets styrka. Den i träet kvarvarande surhetsgraden kan inverka på långtidshållbarheten och orsaka t.ex. korrosion av järnkonstruktioner.

Avsikten med föreliggande uppfinning är att råda bot på de olägenheter som är förknippade med teknikens ståndpunkt och att tillhandahålla en ny teknisk lösning för att binda olja vid trä.

Uppfinningen baserar sig på det att man bildar en behandlingsmedelssammansättning, som.innehåller åtminstone en vegetabilisk olja, åtminstone en syraanhydrid och åtmin- stone en alkohol som är blandbar med oljan och syraanhydriden. Syraanhydriden blandas med oljan under hjälplösningsmedel. användning av alkoholen som Träprodukten impregneras med en önskad mängd av samansättningen och oljan binds vid träet medelst värme.

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

Den uppfinningsenliga sammansättningen kännetecknas av vad som är anfört i den kännetecknande delen av krav 11.

Väsentliga kännetecken hos uppfinningen är polymerisation av den i träets inre delar absorberade oljan för att bilda ett fast ämne, som inte tränger upp till ytan av träet ens vid en temperatur av upp till 100 °C, samt minskning av svällningen och bibehållande av formen för komprimerat trä.

De i uppfinningen använda vegetabiliska oljorna kan härstamma från ett- eller fleråriga växter. Typiska ur växtfrön pressade oljor kan erhållas till exempel från 10 15 20 25 30 35 509 980- 3 rybs, raps, solros, lin, sojaböna, bomull, jordnöt, pumpa, ricin, sesam, kokosnöt, kakao och mandel. Man kan också använda oljor härstamande från frukter som innehåller olja, t.ex. oliver. Utöver de ovannämnda oljorna lämpar sig också rå tallolja, som erhålls som biprodukt vid cellulosakokning, och oljor som kan separeras från trä genom till exempel ångdestillation, såsom tallolja, fördestillat av tallolja och blandningar av terpentinolja.

Ett gemensamt drag hos alla ovannämnda oljor är att de innehåller åtminstone en dubbelbindning. Många av de vegetabiliska oljorna är emellertid fleromättade, dvs. de innehåller ett flertal konjugerade dubbelbindningar. vanligen Syntetiska oljor innehållande åtminstone en dubbelbindning kan förstås också användas i stället för de ovannämnda oljorna. Dessa oljor kan framställas av kort- och långkedjade olefiner genom oligomerisation.

Enligt möjligt att använda sammansättningar innehållande blandningar av två eller flera oljor, varav åtminstone en hör till de ovannämnda uppfinningen är det oljorna.

Den vegetabiliska oljan används tillsammans med en syraanhydrid eller ett motsvarande reaktivt ämne, som förmår åstadkoma esterifieringsreaktioner i trä (esterifierande komponent). Enligt en utföringsfornn av uppfinningen används syraanhydrider för att binda oljiga ämnen vid trä. Syraanhydriderna kan vara alifatiska eller aromatiska. Företrädesvis används syraanhydrider härledda från dikarboxylsyror. Av de aromatiska syraanhydriderna används företrädesvis sammansättningar som innehåller en bensenring, och av' de alifatiska företrädesvis rnättade eller omättade syraanhydrider som innehåller 4 - 6 kolatomer. Dessa föreningar är vid rumstemperatur fasta 10 15 20 25 30 35 509 980 4 ämnen. Särskilt maleinsyraanhydrid, föredragna exempel utgörs av bärnstenssyraanhydrid, glutar- syraanhydrid och ftalsyraanhydrid.

Den i uppfinningen använda alkoholen utgörs av en alifatisk eller aromatisk alkohol eller fenol, företrädesvis en lägre alifatisk alkohol med 1 - 6 kolatomer, såsom nætanol, etanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, t- butanol eller en pentanol eller hexanol. Av alkoholen blandbar med lämpliga alkoholer förutsätts att den är oljan och flesta åtminstone i någon mån lösa upp den använda syraanhydriden.

Utan något mellan- eller hjälplösningsmedel blandar sig esterifierade syraanhydriden. De förmår syraanhydriden eller den motsvarande komponenten och oljan inte med varandra. Etanol har visat sig vara ett synnerligen fördelaktigt hjälplösningsmedel.

Den i uppfinningen använda alkoholen innehåller på sin höjd små mängder vatten. Företrädesvis används absolut alkohol med en vattenhalt vattenhalten i en azeotropblandning av alkohol och vatten. Typiskt uppgår således till över 90 %, motsvarande alkoholkoncentrationen företrädesvis över 95 %.

Termen “hjälplösningsmedel” omfattar alla lösningsmedel som är blandbara med de andra komponenterna av sammansättningarna, i synnerhet med oljan (oljorna) och syraanhydriden (syraanhydriderna). De uppfinningsenliga sammansättningarna utgörs typiskt av emulsioner innehållande en olje- och en syraanhydridfas. Åtminstone en del av syraanhydriden och även av oljan kan dock upplösas i alkoholen. För skull kallas sammansättningarna i fortsättningen för emulsioner snarare enkelhetens än för lösningar.

Inom ramen för föreliggande uppfinning avses med termen “den för behandling avsedda träprodukten” en av trä 10 15 20 25 30 35 (TI CD MD \O CO CD 5 tillverkad produkt, vars form eller egenskaper man önskar ändra. Man önskar till exempel bringa träprodukten i. en plastisk form för att forma den, eller träet behandlas för att förbättra dess dimensionsstabilitet, i synnerhet dess ythârdhet. En för den uppfinningsenliga behandlingen avsedd produkt har typiskt en åtminstone måttlig tjocklek, som vanligen är större än ca 5 m (= massivt trästycke). Det kan omfatta ett sammanhängande trästycke tillverkat av massivt trä, men det kan även omfatta en laminerad produkt (t.ex. en spånplatta eller en träfiberskiva) tillverkad av träfaner eller träspån, exempelvis genonx komprimering.

Träprodukten kan också bestå av en struktur, vars sammanhängande träskikt är fästade vid varandra för att bilda ett laminat. I det sistnämnda fallet avses med termen “träprodukt” en skiktad eller laminerad produkt, som kan impregneras antingen innan den utformas till produkt eller därefter.

Förfarandet enligt uppfinningen omfattar tre steg, nämligen behandling av trästyckena med en uppfinningsenlig sammansättning, torkning av trästyckena och värmebehandling därav (för att binda oljekomponenterna vid träet medelst värme).

Vid det första steget impregneras trästyckena typiskt med en emulsion innehållande syraanhydrid, olja och alkohol.

Emulsionen kan också innehålla tillsatsämnen kända från användningen av syraanhydrider, såsom glycerol. En sådan blandning framställs genom att blanda samman 1-1000 viktdelar syraanhydrid, 1-1000 viktdelar vegetabilisk olja och 1-1000 viktdelar alkohol. Föredragna blandningsförhållanden (angivna i syraanhydrid-olja-alkohol) är följande: 1 - 20 : 1 - 100 : 1 - 100. ordningsföljden 10 15 20 25 30 35 509 980 6 Företrädesvis impregneras träråmaterialet med en emulsion av nämnda slag med ett viktförhållande av 1:10 - 10:10 oljan. Företrädesvis mellan maleinsyraanhydriden och används en tämligen koncentrerad sammansättning innehållande de ovannämnda komponenterna i en koncentration av ca 1 - 99 vikt-%, företrädesvis ca 20 - 85 %, i synner- het ca 40 - 70 %.

Emulsionsmängden som träprodukten skall impregneras med är beroende av användningsändamâlet för träprodukten och av träråmaterialet (träslag, täthet och fuktighet). Vanligen impregneras trämaterialet med så mycket ämne att det tränger väsentligen djupare in i träet än bara under ytan.

Beträffande minskning av träsvällning och stabilisering av komprimerat trä är det viktigt att träprodukten innehåller en stor mängd olja. Således impregneras träet med den företrädesvis åtminstone ca 20 kg, företrädesvis ca 25 - 300 kg och särskilt företrädesvis ca 30 - 140 kg per kubikmeter trä.

Fukthalten hos träet impregnering uppgår företrädesvis till 5 - 30 %, särskilt företrädesvis till ca 6 - 7 %. Impregneringen kan utföras genom att avlägsna luft ur träet under minskat tryck i ett tryckkärl. Därefter matas för impregnering avsedd vätska in i kärlet och träet nämnda sammansättningen i en mängd av avsett för impregneras därvid under normaltryck eller möjligen under övertryck (ett känt som vakuum- tryckförfarande). Alternativt sänks trämaterialet så länge ned i en impregneringsvätska att samansättningen har gott om tid för att penetrera djupt in i träet (nedsänkningsför- vegetabiliska förfarande som är man önskar bringa den endast till ytan av farande). När oljan/syraanhydriden träet, kan impregneringen även utföras genom ytbestrykning.

Efter behandlingen med oljan och modifieringskemikalien torkas träprodukten sakta vid en låg temperatur för att lämna den aktiva avlägsna hjälplösningsmedlet och 10 15 20 25 30 35 599 980 7 kemikalien kvar i träet. Man låter torkningen fortskrida tills fukthalten i träprodukten är lägre än åtminstone 20 %, företrädesvis även lägre än 15 - 17 %. Torkningen kan utföras 5. rumstemperatur, men utförs företrädesvis vid förhöjd temperatur under 100 °C. Temperaturen är beroende av den använda alkoholen. I synnerhet när det gäller etanol utförs torkningen företrädesvis vid en temperatur mellan 20 och 99 °C, särskilt företrädesvis mellan 30 och 95 °C, typiskt vid ca 70 °C. Vid värmebehandlingen kan man använda vilken känd anordning sonx helst, såsonx en ~torkugn, en värmekamare eller motsvarande, medelst vilken trästycket kan torkas i närvaro eller frånvaro av ånga.

Enligt en föredragen utföringsform torkas den oljebehandlade träprodukten på så sätt, att den inre temperaturen och temperaturen på ytan av träprodukten bestäms kontinuerligt och att skillnaden dem emellan hålls tämligen liten. Företrädesvis uppgår den nämnda temperaturskillnaden till högst 30 °C. Med termen “den inre temperaturen av träet” avses den temperatur i träet som kan mätas på ett avstånd från den yttre ytan av träet. Beroende på trästyckenas form mäts “den inre temperaturen” typiskt på ett djup av åtminstone ca 2 - 5 cm. Med termen “yttre temperatur” avses temperaturen på träets yta eller något därunder. I många fall motsvaras “den yttre temperaturen” väsentligen av den omgivande temperaturen. Temperaturen höjs gradvis på så sätt, att temperaturskillnaden mellan träets yta och dess inre delar hålls konstant med en avvikelse av högst ca 5 °C och inte blir större än 30 °C.

Företrädesvis hålls temperaturskillnaden på 10 - 30 °C.

Denna lösning kan realiseras genom att anordna åtminstone två givare på ett provstycke, varav den ena mäter träets inre temperatur och den andra dess yttre temperatur. Vid torkning av större mängder träprodukter bör fler än ett provstycke förses med givare. I industriell skala kan uppfinningen företrädesvis användas på så sätt, att man 10 15 20 25 30 35 509 980 8 utgående från mätningarna bestämmer ett lämpligt värmeprogramm för varje grupp av träprodukter, varvid utgångsfuktighetens värmeprogrammet tar hänsyn till inverkan på processen.

Efter torkningen binds oljekomponenten vid träprodukten till exempel i en värmekammare vid en temperatur av åtminstone ca 150 °C, vanligen ca 150 - 250 °C. När det gäller maleinsyraanhydrid omfattar ett föredraget temperaturområde 160 - 180 °C. Tiden för värmebehandlingen uppgår typiskt till ca 10 min - 24 h; tiden för bindningen eller fixeringen beror emellertid på styckets storlek och komponenterna i behandlingssammansättningen. Man kan använda längre eller även kortare tidsperioder. I praktiken har det konstaterats att synnerligen föredragna resultat har erhållits om temperaturen hos hela stycket motsvarar ugnstemperaturen under en tidsperiod av åtminstone 2 tim- mar .

I samband med värmebehandlingen avdunstar de flyktiga beståndsdelarna,vilketbefrämjartvärbindningsreaktionerna som äger rum i träet.

Medelst uppfinningen uppnås avsevärda fördelar. Sålunda är det nöjligt att binda oljan vid trä så att oljan inte sipprar ut även vid höga temperaturer (inte ens vid en temperatur av över 100 °C). Därför är ytan av en träprodukt enligt kladdig eller klibbig.

Behandlingen minskar svällning hos trä upp till 1/5 och stabiliserar komprimerat trä så att det blir fukttätt. pH- värdet av den använda lösningen förblir neutralt. uppfinningen varken Medelst uppfinningen åstadkoms en modifierad träprodukt, som (utöver möjliga lösningsmedelsrester) innehåller syraanhydrid och vegetabilisk olja och möjligen reaktions- produkter därav. 10 15 20 25 30 35 m c: \o »o oo c: 9 Uppfinningsenligt behandlade träprodukter, sonlär fria från utsipprande olja, kan företrädesvis användas till följande ändamål: möbler, båtbräder, brobalkar av trä, konstruk- våtutrymmen, utemöbler, náljökonstruktioner (bullerspärrar) osv. tioner i I det följande beskrivs uppfinningen närmare medelst ett utföringsexempel.

Exempel Provstycken behandlades på följande sätt: Lösningar bestående av en vegetabilisk olja, maleinsyraanhydrid och ett hjälplösningsmedel bildades.

Deras samansättningar är angivna i tabellerna 1 och 2.

Trästycken i dimensionen 20x40x400 mm impregnerades med lösningarna. Efter impregneringen utsattes de behandlade provstyckena för en mellantorkning vid 70 °C. Sedan härdades provstyckena vid en temperatur av 160 °C.

Härdningstiden var beroende av provstyckets storlek (ca 2 - 6 timmar). provstycket var emellertid densamma som den ovannämnda ugnstemperaturen under åtminstone 2 timmar.

Temperaturen hos hela Svällningen (tjocklekssvällningen och breddsvällningen) hos provstyckena bestämdes genom mätning av provstyckenas dimensioner vid absolut torrhet och efter nedsänkningen i vatten.

Trästycken som utsatts för en konventionell behandling med olja och torkats vid en förhöjd temperatur användes som kontrollstycken. Ingen syraanhydrid användes för att binda oljorna och temperaturen höjdes inte heller till över 150 °C. De med linolja behandlade styckena hölls först vid 50 °C under 3 dygn. Sedan utsattes de för en temperatur av 70 509 980 10 °C för ett dygn. Detta resulterade i att ca 1,5 % olja (beräknad utgående från styckenas vikt) sipprade ut ur styckena. När styckena utsattes för fortsatt behandling under ett dygn vid 70 °C, minskade deras vikt med ytterligare 0,4 %. Kontrollstyckena omfattade också med linolja impregnerade provstycken, som inte hållits i en värmekamare. Deras vikt ändrades med ca 3 % vid 70 °C (ett dygn). Ytan av provstyckena var oljig.

Varje uppfinningsenlig provserie innehöll åtminstone ett sampel som behandlats vid en temperatur av över 150 °C, men som inte innehållit någon syraanhydrid.

Tabell 1 nedan visar svällningen hos björkstycken impregnerade enligt uppfinningen med olika sanuuansättningar (maleinsyraanhydrid, olja, etanol) och nedsänkta för l dygn resp. 21 dygn i vatten.

Tabell 1. Träsvällning Tjocklekssv Breddsvälln M:0:E* ällning, % ing, % 1 dygn 21 dygn 1 dygn 21 dygn Linolja (1:1:1) 0,80 1,82 1,42 3,07 (0:1:l) 2,35 7,44 2,52 7,54 Rybsolja (1:1:1) 0,35 0,41 0,59 1,23 (0:1:l) 1,78 5,11 3,50 10,58 Tallolja (1:1:1) 0,49 0,90 1,17 3,35 (l:2, 5:2, 0,66 2,34 1,15 4,52 5) 1,02 3,08 1,26 3,74 (l:5:6) 1,14 V 3,12 1,68 4,73 (0:1:l) 509 980 ll Kontroll 8,52 8,89 11,53 12,51 maleinsyraanhydrid vegetabilisk olja etanol 1) M O E De uppfinningsenliga samplen uppvisade en torr yta och det sipprade inte någon. olja ut ur dem, inte ens vid en temperatur av 70 °C. Även svällningen hos samplen är mycket liten. Av tabellen framgår tydligt att tillsättning av syraanhydrid i behandlingssammansättningen minskar svällningen med över 50 %. Ju mer syraanhydrid ingick i sammansättningen desto mindre svällning observerades hos träet.

Tabell 2 nedan visar tjocklekssvällningen hos björkstycken impregnerade med olika blandningar (maleinsyraanhydrid, olja, etanol) och sedan komprimerade med 30 % efter nedsänkning för 1 dygn resp. 21 dygn i en vattenlösning.

Tabell 2. Stabilisering av komprimerat trä Tjocklekssvällning, M:0:E* % 1 dygn 21 dygn Linolja (l:l:l) 3,42 5,79 (O:l:l) 31,11 33,71 Rybsolja (l:l:l) 1,41 6,83 (O:l:l) 28,51 35,97 Tallolja (l:l:l) 1,82 9,50 (1:2, 5:2, 1,43 12,14 5) 3,54 17,59 10 (1:5:6) 26,44 (0:l:1) *> Den gynnsamma trästabiliseringen tabell 1. 12 37,07 M = maleinsyraanhydrid 0 = vegetabilisk olja E = etanol inverkan av syraanhydrid på framgår ännu klarare av tabell 2 än av

Claims (15)

5 10 15 20 25 30 35 40 m c: »o no oo <:> 13 PATENTKRAV :

1. Förfarande för att binda olja vid trä, k ä n n e t e c k n a t av att - träprodukten bringas i kontakt med en sammansättning innehållande en fast syraanhydrid, en vegetabilisk olja och en alkohol, och - den med den nämnda sammansättningen behandlade träprodukten utsätts för en värmebehandling vid förhöjd temperatur.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man använder en olja in- nehållande åtminstone en dubbelbindning.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att man som vegetabilisk olja använder rybs-, raps-, solros-, lin-, soja-, bomulls-, jordnöts-, pumpa-, ricin-, sesam-, kokosnöts-, kakao-, mandel- eller olivolja, eller rå tallolja, destillerad tallolja, ett fördestillat av tallolja eller terpentinolja eller en blandning därav.

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att man som alifatisk alkohol använder en lägre alifatisk alkohol såsom etanol.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att man som syraanhydrid använder maleinsyraanhydrid, bärnstenssyraanhydrid eller ftalsyraanhydrid.

6. Förfarande enligt något av kraven 1 - 5, av att träprodukten efter innehållande k ä n r1 e t e <: k 11 a t behandlingen med en sammansättning syraanhydrid, vegetabilisk olja och alkohol torkas vid en 10 15 20 25 30 35 509 980 14 temperatur av ca 50 - 100 °C och sedan utsätts för en värmebehandling vid en temperatur av över 150 °C för att binda oljan vid träet.

7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att sammansättningen innehåller åtminstone en liten mängd glycerol.

8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att träprodukten behandlas med sammansättningen genom att träet impregneras, tryckimp- regneras eller vakuumimpregneras med sammansättningen.

9. Användning av en syraanhydrid för att binda vegetabilisk olja vid trä.

10. Användning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att syraanhydriden och den vegetabiliska oljan blandas med ett hjälplösningsmedel såsom etanol innan blandningen av vegetabilisk olja och syraanhydrid bringas i kontakt med träet.

11. Sammansättning för oljebehandling av trä, innehållande - 1 - 1000 viktdelar vegetabilisk olja och - 1 - 1000 viktdelar alkohol blandbar därmed, k ä n n e t e c k n a d av att sammansättningen vidare omfattar - 1 - 1000 viktdelar syraanhydrid.

12. Sammansättning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller 1- 20 viktdelar syraanhydrid, 1- 100 viktdelar vegetabilisk olja och 1 - 100 viktdelar alkohol.

13. Sammansättning enligt krav 11 eller 12, 10 15 509 980 15 k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller linolja, tallolja, rå tallolja eller rybsolja eller en blandning därav, maleinsyraanhydrid, bärnstenssyraanhydrid eller ftalsyraanhydrid samt en lägre alifatisk alkohol.

14. Modifierad träprodukt, k ä n n e t e c k n a d av att - den innehåller syraanhydrid, vegetabilisk olja och möjligen reaktionsprodukter därav, och - någon vegetabilisk olja väsentligen inte sipprar ut därur.

15. Träprodukt enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att den används till inne- och utemöbler, båtbräder, brobalkar av trä, konstruktioner i våtutrymen och miljökonstruktioner.