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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Färben von
Holz, insbesondere für Holzstücke beispielsweise
für Fussböden wie Parkettfussböden, sowie
auf einen Parkettfussboden aus solchen Holzstücken.
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Gefärbte
Holzstücke werden in der Herstellung von Möbeln,
Musikinstrumenten, Spielwaren und vielen weiteren Produkten seit
vielen Jahren verwendet. Dabei kommen eine Vielzahl von Verfahren zum
Einsatz, wie beispielsweise Lackierungen, Beizen und Färbungen.
Allerdings sind mit den Färbeverfahren aus dem Stand der
Technik lediglich Färbungen an der Oberfläche
des gefärbten Holzstückes möglich. So
wird beispielsweise bei Lackierungen eine Farbschicht auf der Oberfläche
des Holzstückes aufgetragen. Dadurch verändert
sich zum einen die haptische Anmutung der Holzstücke, was
häufig nicht gewünscht ist, und zum anderen ist
eine derartige Lackierung gegenüber Oberflächenbeschädigungen äußerst
empfindlich. Dadurch eignen sich lackierte Holzstücken
nicht zum Einsatz für Fussböden, die durch die
Verkehrsbelastung anfällig für kleinere Beschädigungen
der Oberfläche sind.
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Mit
Beizen lässt sich zwar der Farbton des Holzes ändern,
jedoch ist auch hierbei die Eindringtiefe begrenzt und der natürliche
Farbton des Holzes kann nur etwas abgeändert werden. Bei
Oberflächen, die erhöhten Belastungen ausgesetzt
sind, ist es üblich, diese in regelmäßigen
Abständen durch Abschleifen bzw. Abziehen der obersten,
verbrauchten Oberflächenschichten wieder optisch herzustellen.
Dies ist bei gebeizten Holzstücken problematisch, da durch
das Abschleifen die gefärbten Oberflächenschichten
die Farbe ganz oder in Teilbereichen entfernt wird und somit der
optische Eindruck beeinträchtigt wird.
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Ähnliche
Probleme treten bei der Verwendung von gefärbten Holzstücken
auf. Bei den üblichen Färbeverfahren werden lediglich
einige Bruchteile von Millimetern der Holzoberfläche durchfärbt, so
dass bei Beschädigungen die echte Holzfarbe zu erkennen
ist. Auch ein Abschleifen ist aufgrund der geringen Eindringtiefe
der Farbschicht nicht möglich.
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Die
DE 439 226 beschreibt ein
Verfahren zum Durchfärben von Holz, bei dem hoher Druck
und Kochtemperatur verwendet wird. Allerdings sind nicht alle Hölzer
für die hohen Temperaturen, die bei diesem Verfahren auftreten,
geeignet und die Aufweichung der Kernbereiche durch die hohen Temperaturen
verringert die Festigkeit, die für die Nutzung als Fussböden
wichtig ist.
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In
der
EP 1 073 547 wird
ein Verfahren zum Durchfärben von Holz offenbart, bei dem
Drücke von über 800 bar zum Einsatz kommen. Bei
Verwendung derartig hoher Drücke wird das Holz zunächst
zusammengepresst und in einem weiteren Schritt in Färbeflüssigkeit
eingebracht, wodurch die im ersten Hochdruckschritt zusammengepressten
Holzzellen wieder aufquellen und dabei die Färbeflüssigkeit
aufnehmen. Wegen der benötigten hohen Drücke ist
dieses Verfahren allerdings sehr kostenintensiv, und die Festigkeit
und Belastbarkeit des gefärbten Holzes wird durch das zusammenpressen
und anschließende Quellen des Holzes erheblich beeinflusst.
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Es
besteht daher das Bedürfnis, ein Verfahren zum durchfärben
von Holz zur Verfügung zu stellen, das die Festigkeit des
Holzes nicht negativ beeinflusst, kostengünstig ist und
das Holz bis in eine Tiefe von wenigstens einem Zentimeter durchzufärben.
Dies gelingt mit einem Holzfärbeverfahren nach Anspruch
1 und dem Vorbehandlungsverfahren nach Anspruch 9. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Holzfärbeverfahrens
werden die zu färbenden Holzstücke lufttrocken
in eine Druck-/Färbekammer eingebracht. Optional kann vor
dem Einbringen in die Druck-/Färbekammer eine Erwärmung
des Holzes in einer Klimakammer stattfinden, damit die Holzporen geöffnet
werden. In der Druck-/Färbekammer wird das Holz mit Stapelleisten
so aufgesetzt, dass es vollständig von den Flüssigkeiten,
die im Verfahren zur Behandlung der Holzstücke verwendet
werden, umflossen werden kann. Zur Vorbereitung der Vorbehandlung
kann nun ein Vakuum bzw. ein Unterdruck in der Druck-/Färbekammer
erzeugt werden, durch den Luft und vorhandene Restfeuchtigkeit aus
den Holzporen gezogen wird. Durch diesen Unterdruck, der sich in
das Holzinnere ausbreitet, wird in den weiteren Verfahrensschritten
das Eindringen der Behandlungsflüssigkeiten erleichtert.
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Die
Dauer der Unterdruck- bzw. Vakuumbehandlung ist ebenso wie der verwendete
Unterdruck bzw. das Vakuum von der zu behandelnden Holzart und dem
Vorzustand des Holzes abhängig. Im Allgemeinen liegt die
Zeitdauer der Vakuumbehandlung im Bereich zwischen 0,5 und 10 Sunden,
bei einem Druck von –0,7 bis –0,99 bar, bezogen
auf den Atmosphärendruck. Bei den meisten Holzarten genügen Vakuumbehandlungen
mit einer Dauer von 1 bis 6 Stunden.
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Anschließend
an die Vakuumbehandlung wird die Druck-/Färbekammer mit
einer Vorbehandlungsflüssigkeit gefüllt. Diese
Vorbehandlungsflüssigkeit dient dazu, Harze und Holzinhaltsstoffe
aus den Holzporen zu lösen und das Holz so aufnahmefähig
für die Färbeflüssigkeit zu machen. Dementsprechend
enthält die Vorbehandlungsflüssigkeit ein Lösemittel.
Als Lösemittel kommen dabei in Abhängigkeit von
der zu behandelnden Holzart beispielsweise Säuren, Laugen
oder alkoholische Lösungsmittel in Frage, wobei alkoholische
Lösungsmittel wegen der Entzündungsgefahr problematisch
sind. Vorzugsweise bestehen die Lösungsmittel daher aus
einer wässrigen, nichtbrennbaren Lösung, insbesondere
einer Säure oder Lauge. Beispielsweise ist Zitronensäure
zur Vorbehandlung von Ahornholz geeignet, während für
Eiche vorzugsweise Oxalsäure zum Einsatz kommt.
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Damit
die Vorbehandlungsflüssigkeit tief in das Holzinnere eindringen
kann, wird nun ein Überdruck auf die Vorbehandlungsflüssigkeit
in der Druck-/Färbekammer aufgebracht. Dieser Überdruck beträgt
maximal 100 bar, in den meisten Anwendungsfällen sind aber
Drücke in einem Bereich von 5 bis 50 bar ausreichend, um
eine befriedigende Eindringtiefe bei einer akzeptablen Behandlungsdauer, die
im Bereich von 6 bis 96 Stunden liegt, zu erreichen. Mit einem Druck
im Bereich zwischen 10 und 15 bar lässt sich bei einer
relativ preisgünstigen Druck-/Färbekammeranordnung
und einer nicht übermäßig verlängerten
Behandlungsdauer in einem Bereich von 12 bis 48 Stunden für
die meisten Holzarten eine gute Vorbehandlung erreichen.
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Damit
die Vorbehandlung effizient erfolgen kann, wird der Überdruck über
die Behandlungsdauer aufrechterhalten. Da die Vorbehandlungsflüssigkeit
bei der Behandlung in das Holzinnere eindringt und so ein Druckverlust
stattfindet, muss über die gesamte Behandlungsdauer Vorbehandlungsflüssigkeit nachgepumpt
werden, um so den Druck im Wesentlichen konstant zu halten. Alternativ
ist es möglich, zur Verbesserung des Eindringens einen
oder mehrere Druck-/Entspannungszyklen durchzuführen. Dabei
wird nach einem Teil der Behandlungsdauer, beispielsweise nach 2
Stunden, für eine kürzere Zeit, beispielsweise
0,5 Stunden, der Druck in der Druck-/Färbekammer abgebaut,
um so dem Holz eine Entspannung zu ermöglichen. Durch den
Entspannungsvorgang „zieht” das Holz, das immer
noch vollständig in der Vorbehandlungsflüssigkeit
eingetaucht ist, zusätzliche Vorbehandlungsflüssigkeit
in das Holzinnere, so dass der Vorbehandlungseffekt verstärkt
wird.
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Nach
erfolgter Vorbehandlung wird die Vorbehandlungsflüssigkeit
abgepumpt und eine erneute Vakuum-/Unterdruckbehandlung durchgeführt. Durch
die erneute Vakuum-/Unterdruckbehandlung wird die Vorbehandlungsflüssigkeit
aus den Holzporen gezogen und das Holz für die Färbebehandlung vorbereitet.
Die grundsätzlichen Verfahrensschritte bei der Vakuum-/Unterdruckbehandlung
entsprechen den Verfahrensschritten, die bereits vor der Vorbehandlung
durchgeführt wurden, wobei die Dauer der Vakuum-/Unterdruckbehandlung
und/oder der verwendete Unterdruck bzw. das Vakuum von der ersten durchgeführten
Unterdruck-/Vakuumbehandlung abweichen können.
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Als
nächster Verfahrensschritt wird das Holz in die Färbeflüssigkeit
eingebracht. Je nach vorhandener Anlage und Bedürfnissen
kann der Färbeschritt in der gleichen Druck-/Färbekammer
wie die Vorbehandlung oder in einer speziellen, dezidierten Färbekammer
durchgeführt werden. Es ist auch nicht zwingend notwendig,
dass der Färbevorgang direkt im Anschluss an die Vorbehandlung
durchgeführt wird, vielmehr kann das Holz zwischen Vorbehandlung
und Färbebehandlung zwischengelagert und/oder zusätzlich
getrocknet werden.
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Das
Holz wird in der Färbekammer analog zur Vorbehandlung so
aufgesetzt, dass es von allen Seiten von der Vorbehandlungsflüssigkeit
umflossen werden kann. Dann wird die Färbeflüssigkeit
eingebracht und ebenfalls mit einem Überdruck beaufschlagt.
Die Druckbereiche und die Behandlungsdauer für das Färben
sind im Prinzip gleich denen für die Vorbehandlung, d.
h. der verwendete Druck liegt bei maximal 100 bar, in der Regel
zwischen 5 und 50 bar, und kann in den meisten Fällen im
Bereich von 10 bis 15 bar gehalten werden, was die Anlagenkosten
verringert. Die Zeitdauer beträgt analog zur Vorbehandlung
6 bis 96 Stunden, wobei für die meisten Holzarten und Holzstärken
eine Dauer von 12 bis 48 Stunden angemessen und ausreichend ist.
Es ist aber nicht notwendig, dass bei der Färbebehandlung die
gleichen Drücke, Zeitdauern und Verfahrensabläufe
wie bei der Vorbehandlung vorgenommen werden. Vielmehr sind die
Verfahrensparameter des Färbeschrittes unabhängig
von den Verfahrensparametern des Vorbehandlungsschrittes und werden
unter anderem durch Holzart, Größe der zu färbenden Holzstücke,
Farbe und Farblösemittel beeinflusst.
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Wie
bei der Vorbehandlung kann auch der Färbeschritt durch
ein oder mehrere Druck-/Entspannungszyklen unterstützt
werden. Diese Druck-/Entspannungszyklen werden analog zu den Zyklen
bei der Vorbehandlung ausgeführt, wobei auch hier die Parameter
wie Anzahl, Druck und Zeitdauer der Zyklen von denen der Vorbehandlung
abweichen können.
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Anschließend
an den Färbeschritt wird die Färbeflüssigkeit
aus der Druck-/Färbekammer abgepumpt und wieder ein Unterdruck/Vakuum
auf die gefärbten Holzstücke aufgebracht, um Restfärbeflüssigkeit
aus dem Holz zu entfernen und einen vorgetrockneten Holzzustand
zu erreichen. Die gefärbten Hölzer können
dann weiterverarbeitet werden. Ein besonders bevorzugter Einsatzzweck
für gemäß der Erfindung durchgefärbte
Hölzer ist die Herstellung von Parkettfriesen für
Parkettfussböden.
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In
einem abgewandelten Verfahren ist es möglich, insbesondere
bei Hölzern, die aufgrund ihrer Struktur besonders schwer
zu färben sind, mehr als einen Vorbehandlungszyklus und/oder
mehr als einen Färbezyklus durchzuführen. Insbesondere können
dabei unterschiedliche Lösungsmittel in den Vorbehandlungszyklen
zum Einsatz kommen, um derart Vorteile dieser Lösungsmittel
zu kombinieren. Ähnliches ist auch mit verschiedenen Färbemitteln denkbar.
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Weitere
Merkmale, Merkmalskombinationen, Eigenschaften und Vorteile der
Erfindung werden deutlicher anhand der nachfolgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform und der Figur. Diese zeigt
in:
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1 Eine
Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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1 zeigt
eine Anlage zum Färben von Holz, die für das erfindungsgemäße
Verfahren geeignet ist. Das zu färbende Holz 1,
beispielsweise Buchenholz, wird in Stapeln in die Druckkammer 2 eingebracht. Über
die Zuleitung 3 kann Warmluft zugegeben werden, um das
Holz 1 vor der Behandlung aufzuschließen und die
Holzporen zu erweitern. Nachdem die Leitung 3 verschlossen
wurde, wird über die Leitung 4 bei geöffnetem
Ventil 5 und geschlossenem Ventil 6 mittels der
Vakuumpumpe 7 über die Vakuumvorlage 8 im
Druckkessel 2 ein Vakuum bzw. ein Unterdruck erzeugt. Dieser
Unterdruck wird nun über mehrere Stunden aufrechterhalten.
Für das oben genannte Buchenholz ist ein Unterdruck-Zyklus
von ca. 2 Stunden bei –0,9 bar vorgesehen.
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Nach
Abschluss des Unterdruck-Zyklus wird der Druckkessel 2 mit
der Vorbehandlungsflüssigkeit 9, im Falle von
Buchenholz mit Gerbsäure, gefüllt. Diese Flüssigkeit
befindet sich in einem getrennten Behältnis 10 und
ist über die Leitung 11, das Ventil 12,
die Druckpumpe 13 und die Ventile 14, 6 mit
der Leitung 4, die zum Druckkessel 2 führt,
verbunden. Zur Befüllung des Druckkessels wird daher nun
das Ventil 5 geschlossen und die Ventile 12, 14 und 6 geöffnet.
Durch den im Druckkessel vorherrschenden Unterdruck füllt
sich dieser nun, wobei die Druckpumpe 13 zur Unterstützung
des Füllens und, nach vollständiger Füllung,
zum Aufbau des Vorbehandlungsdrucks dient. Der gewünschte
Druck, bei Buchenholz ca. 14 bar, wird über das Druckregelventil 15 eingestellt.
Sobald der Druck im Kessel den gewünschten Druck übersteigen,
so öffnet sich das Druckregelventil 15 und die überschüssige
Vorbehandlungsflüssigkeit wird über die Leitung 16 und
das Ventil 17 in das Behältnis 10 zurückgeführt.
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Der
Druck wird nun über eine bestimmte Zeit aufrechterhalten,
im Beispiel bei Buchenholz für 7 bis 8 Stunden. Zur Verbesserung
der Aufnahme der Vorbehandlungsflüssigkeit wird etwa alle
2 Stunden der Druck entspannt und anschließend wieder aufgebracht.
Nach Ablauf der Vorbehandlungsdauer wird die Vorbehandlungsflüssigkeit über
die Leitung 18 und das Ventil 20 mittels der Druckpumpe 19 wieder in
das Behältnis 10 gepumpt.
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Die
in 1 dargestellte Anlage weißt ein weiteres
Behältnis 21 auf, das über das Ventil 22 mit der
Leitung 11, über das Ventil 23 mit der
Leitung 16 und über das Ventil 24 mit
der Leitung 18 verbunden ist. Dieses Behältnis 21 kann
eine zweite Vorbehandlungsflüssigkeit enthalten und wird
analog zu der oben beschriebenen Vorbehandlung genutzt, wenn ein
zweiter Vorbehandlungszyklus mit einer abweichenden Vorbehandlungsflüssigkeit
notwendig ist. Bei Buchenholz genügt die Behandlung mit
Gerbsäure.
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Nach
dem Abpumpen der Vorbehandlungsflüssigkeit erfolgt ein
weiterer Unterdruck-/Vakuumzyklus analog zum oben beschriebenen.
Das Ventil 6 wird wieder geschlossen und über
die Leitung 4, das Ventil 5 und die Vakuumpumpe 7 ein
erneutes Vakuum erzeugt.
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Nachdem
mittels des zweiten Vakuumzyklus die überschüssige
Vorbehandlungsflüssigkeit vom Holz entfernt worden ist,
kann im nächsten Schritt mit dem eigentlichen Färben
fortgefahren werden. Die Färbeflüssigkeit, bei
Buchenholz eine 5%ige Eisensulfatlösung mit ca. 1% Farbstoffgehalt,
aus dem Behältnis 25 wird über das Ventil 26,
die Leitung 11 und die Druckpumpe 13 in den Druckkessel
gepumpt und anschließend der Färbedruck aufgebracht,
im Beispiel mit Buchenholz wieder 14 bar. Dieser Druck wird nun
wieder eine bestimmte Zeit aufrechterhalten, bei Buchenholz für
24 Stunden. Auch hier können regelmäßige
Entspannungs-/Druckzyklen vorgenommen werden, um das Eindringen
des Farbstoffs in das Holz zu unterstützen. Im Beispiel
mit Buchenholz beträgt die Zyklusdauer für einen
solchen Entspannungs-/Druckzyklus ca. 4 Stunden.
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Nach
Abschluss der Färbebehandlung wird die Färbeflüssigkeit
mittels der Pumpe 19 über die Leitung 18 und
das Ventil 28 in das Behältnis 25 zurückgepumpt.
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Anschließend
kann wieder ein Nachvakuum zum vortrocknen des Holzes mittels der
Vakuumpumpe 7 auf die Holzstücke 1 aufgebracht
werden. Im vorliegenden Beispiel mit Buchenholz wird diese Vakuum
von –0,9 bar für 2 Stunden aufrechterhalten, bevor
das Holz aus dem Druckkessel entfernt und zur weiteren technischen
Verarbeitung verbracht wird.
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Zur
Kontrolle des Drucks und/oder der verbrauchten Vorbehandlungs- und/oder
Färbeflüssigkeit ist in der Leitung 11 ein
Messinstrument 29 angebracht. Hierüber kann während
des Vorbehandlungs- und/oder Färbevorgangs der Druck überprüft
werden und anhand des Flüssigkeitsdurchflusses rückgeschlossen
werden, ob das Holz bereits ausreichend Flüssigkeit aufgenommen
hat.
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Es
ist selbstverständlich, dass die genannten Druckwerte und
Zykluszeiten lediglich beispielhaften Charakter haben und je nach
verwendeter Holzart, Vorbehandlung und weiteren Parametern entsprechend
angepasst werden müssen.
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- 1
- Holzstücke
- 2
- Druckkessel
- 3
- Warmluftzuleitung
- 4
- Leitung
- 5
- Ventil
- 6
- Ventil
- 7
- Vakuumpumpe
- 8
- Vakuumvorlage
- 9
- Vorbehandlungsflüssigkeit
- 10
- Behältnis
- 11
- Leitung
- 12
- Ventil
- 13
- Druckpumpe
- 14
- Ventil
- 15
- Druckregelventil
- 16
- Leitung
- 17
- Ventil
- 18
- Leitung
- 19
- Druckpumpe
- 20
- Ventil
- 21
- Behältnis
- 22
- Ventil
- 23
- Ventil
- 24
- Ventil
- 25
- Behältnis
- 26
- Ventil
- 27
- Ventil
- 28
- Ventil
- 29
- Messinstrument
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 439226 [0005]
- - EP 1073547 [0006]