DE19719713A1 - Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung und Hydrophobierung von Holz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vergütetem Holz durch Tränken mit wasserlöslichen Stoffen, um die Dimensionsstabilität, den Schutz gegen schädliche Organismen oder gegen Entflammbarkeit zu verbessern.

Holz verändert seine Abmessungen unter dem Einfluß wechselnder Feuchtigkeit je nach Holzart in unter­ schiedlichem Maße. Diesel Quellen und Schwinden (Feuch­ teverformung) führt in der Holzverwendung zu den allge­ mein bekannten Schwierigkeiten, besonders bei paßgenau­ en Gegenständen wie Fenstern, Türen, Fußböden usw. Eine besonders große Feuchteverformung erleiden die einheim­ ischen Splinthölzer wie Buche, Birke,Pappel oder Fichte wegen des Fehlens von stabilisierenden und pilzwidrigen Kernholzsubstanzen. Sie sind daher besonders den kern­ holzreichen Tropenhölzern im praktischen Wettbewerb un­ terlegen.

Das Problem der Reduzierung der Feuchteverformung von Holz ist schon Gegenstand zahlreicher Bemühungen in Wissenschaft und Praxis gewesen (Burmester, A.: Formbe­ ständigkeit von Holz gegenüber Feuchtigkeit. BAM - Be­ richte Nr. 4, Berlin 1970). So ist bekannt, Holz mit wasserlöslichen Substanzen zu tränken, die in den Zell­ wänden eingelagert werden und dadurch das Schwinden verringern. Die Tränkung erfolgt nach dem bekannten Kesseldruck-Verfahren. Voraussetzung für den Tränker­ folg ist die Verwendung von gleichmäßig lufttrockenem Holz. Nach der Tränkung ist eine nochmalige Trocknung notwendig, was zusätzliche Kosten verursacht.

Die Imprägnierung von saftfrischem Holz erfordert dage­ gen eine andere Technologie. Sie kann nach dem Bouche­ rie-Verfahren durchgeführt werden, wobei die wäßrige Tränklösung unter leichtem Druck in die Hirnfläche ei­ nes Rundholzes eingepreßt wird, so daß der im Holz be­ findliche Baumsaft herausgedrückt und durch die Lösung ersetzt wird. Diese Technik wurde bisher nur für Nadel­ holz zur Herstellung von Leitungsmasten angewendet An Laubhölzern wurde ein derartiges Verfahren noch nicht praktiziert. Grundsätzlich ist dieses sogenannte Saftverdrängungsverfahren aber auch bei Laubhölzern an­ wendbar, wie in eigenen Versuchen festgestellt wurde. Zu erwähnen ist außerdem das Wechseldruck-Verfahren, das in der Kesseldruck-Anlage durchgeführt wird. Nach eigenen Versuchen bringt es bei frischem Buchenholz un­ befriedigende Ergebnisse.

Wasserlösliche Vergütungsmittel bleiben nach dem Ein­ bringen in trockenes Holz durch das Kesseldruck-Verfah­ ren weiterhin löslich und sind daher leicht auslaugbar. Außerdem ist das Holz wegen der hohen Hygroskopizität dieser Stoffe feuchter als normal. Das sind für die praktische Anwendung gravierende Mängel, welche die An­ wendungsmöglichkeiten einschränken. Man hat bisher ver­ geblich versucht, dieses Problem zu lösen: Bei Holz­ schutzmitteln ohne fixierenden Chromanteil, z. B. Kup­ fersulfat, ist es nicht gelungen, die Auslaugbarkeit zu beseitigen (Bewertung der Auswaschgefährdung von nicht fixierenden wasserlöslichen Holzschutzmitteln. F-94/18. DGfH-aktuell 8-96, München). Auch der zur Holzstabili­ sierung geeignete Zucker läßt sich bisher nicht im Holz verankern; er bleibt hygroskopisch und auswaschbar. Da­ her hat dieses Stabilisierungsverfahren bisher keine praktische Anwendung für den Außenbereich erfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergütung von Holz zwecks Verbesserung seiner Form­ beständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber holz­ zerstörenden Organismen zu entwickeln, das sowohl die­ sen Anforderungen gerecht wird als auch die Auslaugbar­ keit der Vergütungsstoffe und die überhöhte Hygroskopi­ zität ausreichend vermindert.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Holz im saftfrischen Zustand mit Lösungen von stabili­ sierenden und/oder holzschützenden Stoffen getränkt wird, denen ein Sauerstoff-Donator zugemischt wurde. Es wurde nämlich gefunden, daß die gleichzeitige Zuführung von Zucker und z. B. Wasserstoffperoxid in frisches Holz eine biochemische Reaktion auslöst, die dazu führt, daß neuartige komplexe Substanzen in den Holzzellen gebil­ det werden, die einerseits eine Reduzierung der Feuch­ teverformung sowie der Hygroskopizität und andererseits einen Verschluß der Wasserleitbahnen in den Zellen be­ wirken. Diese Vorgänge sind nur in frischem Holz mit intaktem Enzymsystem möglich; sie sind daher in trocke­ nem Holz unter Anwendung des Kesseldruck-Verfahrens nicht erreichbar.

Die notwendige Sauerstoffmenge wurde experimentell be­ stimmt, wobei eine 30%ige Wasserstoffperoxid-Lösung als Sauerstoffquelle verwendet wurde. Sie hängt von mehre­ ren Parametern wie Zuckermenge, Holzart, gewünschtem Stabilisierungs- und Hydrophobierungsgrad ab. Daher muß der Bereich zwischen den Grenzen 0,01 und 2,50% 30%iger Wasserstoffperoxid-Lösung, bezogen auf die Menge der Vergütungsstoff-Lösung, abgegrenzt werden. Ein Mehr da­ von ist zwar unschädlich, aber unwirtschaftlich. Andere Sauerstoff-Donatoren, wie z. B. Kaliumpermanganat, sind entsprechend ihrem freiwerdenden Sauerstoffgehalt zu dosieren. Es erwies sich ebenfalls als wirksam, die Tränklösung intensiv mit Luft zu durchmischen, obwohl dadurch keine exakte Dosierung erfolgen kann.

Zur Beschleunigung der an sich langsam verlaufenden Re­ aktion ist es zweckmäßig, das getränkte Holz zu erwär­ men. Das kann z. B. durch technische Trocknung nach dem Sägen des Holzes zu Schnittholz geschehen. Eine Wärme­ einwirkung von 60 Grad C verkürzt die Verfahrenszeit von 3 Wochen auf 3 Tage. Die Erhöhung der Temperatur auf über 65 Grad C zerstört dagegen das Enzymsystem. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die Hydro­ phobierung und Fixierung anderer wasserlöslicher Stoffe im Holz wie z. B. Farbstoffen oder Feuerschutzmitteln angewendet werden, da auch der von Natur aus im Holz befindliche Zucker zur Reaktion beiträgt. Es ist daher förderlich, die Lösung nicht mit Wasser, sondern mit Baumsaft herzustellen. Es ist auch möglich,Wasserstoff­ peroxid allein in das Holz einzubringen, wenn lediglich eine Hydrophobierung erzielt werden soll.

Das erfindungsgemäß mit Zucker und Sauerstoff vergütete Holz zeichnet sich gegenüber dem ursprünglichen Zustand durch hohe Formbeständigkeit aus. Tabelle 1 enthält An­ gaben über die Volumenschwindung einiger wichtiger Tro­ penhölzer (aus Langendorf, Schuster, Wagenführ: Roh­ holz. Fachbuchverlag Leipzig 1972) und im Vergleich da­ zu die entsprechenden Werte von Buchen-, Birken- und Fichtenholz, unbehandelt und vergütet durch Tränkung mit 20%iger Saccharoselösung sowie 1,5% Wasserstoffper­ oxid-Lösung (30%ig).

Tabelle 1. Volumenschwindung βo von Holz

In Tabelle 2 sind Werte zur Hygroskopizität von Buchen­ holz im Frischzustand nach der erfindungsgemäßen Be­ handlung und zur Ausgleichsfeuchtigkeit im Klima 20/65 DIN 50014 nach verschiedenartiger Behandlung angegeben.

Tabelle 2. Feuchtigkeit von Buchenholz

Der eingelagerte Zucker ist infolge der durch den Sau­ erstoff-Donator ausgelösten biochemischen Reaktion ver­ ändert und in den Zellen eingeschlossen. Zur Herstel­ lung dieses vergüteten Holzes werden unproblematische natürliche Rohstoffe verwendet. Es entstehen keine Ent­ sorgungsprobleme sowohl bei der Tränkung als auch spä­ ter mit der Beseitigung des sonst nicht mehr benötigten Materials.

Das vergütete Holz selbst kann dank der Dimensionssta­ bilität und Hydrophobierung nicht nur im Innenbereich, sondern auch im Außenbereich eingesetzt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vergütetes Birkenholz ist sogar formbeständiger als das in dieser Hinsicht besonders geschätzte Teakholz. Für die bisher nur be­ schränkt verwendbaren Splinthölzer ergeben sich zahl­ reiche neue Anwendungsmöglichkeiten, die bisher den Tropenhölzern vorbehalten waren. Das vergütete Holz weist in Aussehen, Festigkeit, Bearbeitbarkeit, Geruch usw. neben seiner Formbeständigkeit nur positive Eigen­ schaften auf.

Die folgenden Beispiele erläutern im einzelnen die Durchführung des Vergütungsverfahrens

Beispiel 1

Frisch gefälltes Buchenholz wird möglichst bald im Saftverdrängungsverfahren getränkt. Die zulässige Zeit­ spanne zwischen Fällung und Tränkung ist je nach der Jahreszeit verschieden lang, weil die Tränkbarkeit in­ folge der Austrocknung des Rundholzes herabgesetzt wird. Der Tränklösung, die z. B aus 30% Glukose und 70% Wasser besteht, wird erfindungsgemäß eine Menge von 1,5% Wasserstoffperoxid (30%ig) zugemischt. Die Zucker- und Sauerstoffkonzentration kann jedoch entsprechend dem gewünschten Vergütungsgrad variiert werden. Diese Tränklösung wird dem Rundholz unter einem Druck von 1 bar zugeführt, wobei dieser Druck in seiner Höhe dem Widerstand angepaßt werden muß, den das jeweilige Holz der Durchtränkung entgegenbringt. Die Zuführung der Lösung erfolgt mit einer Spezialvorrichtung, die nicht Gegenstand dieser Erfindung ist. Sie besteht grundsätz­ lich aus einer metallenen Glocke, die über eine elasti­ sche Manschette mit dem Rundholz verbunden wird, so daß der gesamte Holzquerschnitt von der Tränklösung durch­ drungen werden kann.

Die Durchtränkung des einen Meter langen Rundholzes ist nach 30 Minuten beendet. Längere Hölzer erfordern eine dementsprechend längere Tränkzeit. Die aus dem Holz austretende Flüssigkeit, die anfangs nur aus Baumsaft besteht, besitzt schließlich die volle Zuckerkonzentra­ tion der zugeführten Tränklösung. Sie wird nach Wieder­ herstellung der Sollkonzentration verlustlos weiterver­ wendet. Das getränkte Holz wird etwa drei Wochen lang gelagert. In dieser Zeit ist die Diffusion des Zuckers in die Zellwände und die Reaktion von Zucker und Holz­ bestandteilen mit dem Sauerstoff beendet. Anschließend wird das Rundholz zu Schnittware weiterbearbeitet.

Beispiel 2

Buchenholz wurde auf dieselbe Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch nur mit 20%iger Saccharose-Lösung und 1% Wasserstoffperoxid-Lösung (30%ig) behandelt. Nach der Tränkung wurde anstelle einer dreiwöchigen La­ gerung eine dreitägige Wärmebehandlung bei 60 Grad C durchgeführt.

Die Volumenschwindung konnte dadurch auf 10,4% vermin­ dert werden, obwohl nur zwei Drittel der Zuckermenge wie in Beispiel 1 verwendet wurde. Hierdurch zeigt sich die bessere Verteilung des Zuckers in den Zellwänden zusätzlich zur Zeitersparnis. Das Holz nimmt außerdem einen angenehmen braunen Farbton an.

Beispiel 3

Frisches Fichtenholz mit einem Wassergehalt von 120% wurde mit einer wäßrigen Lösung, bestehend aus 12% Saccharose, 7% Kaliumsulfat, 1,4% Borsäure und 0,7% Wasserstoffperoxid (30%ig), im Saftverdrängungsverfah­ ren getränkt und 3 Wochen lang gelagert. Die Volumen­ schwindung betrug 2,8% gegenüber 7,0% im unbehandelten Zustand, und die Holzfeuchtigkeit war um 30% zurückge­ gangen.

Claims (10)

1. Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung und Hydro­ phobierung von Laub- und Nadelholz, dadurch gekennzeichnet, daß saftfrisches Holz mit wäßrigen Zucker- und/oder Salzlösungen getränkt wird, die einen zusätzlichen Sauerstoff-Donator enthalten.

1.1 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sauerstoff-Donator Wasserstoffperoxid oder ähn­ lich wirkende Substanzen verwendet werden.

1.2 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränklösung mit reinem Sauerstoff oder Luft­ sauerstoff angereichert wird.

1.3 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zucker in monomerer, dimerer oder polymerer Form bzw. in Form ihrer Derivate verwendet werden.

1.4 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wäßrige Lösungen von Mineralsalzen,organischen Salzen oder Holzschutzmitteln verwendet werden.

1.5 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Baumsaft verwendet wird.

2. Verfahren zur gleichzeitigen Stabilisierung und Hydro­ phobierung von Holz, dadurch gekennzeichnet, daß saftfrisches Holz mit wäßrigen Zucker- und/oder Salzlösungen getränkt wird, die einen zusätzlichen Sau­ erstoff-Donator enthalten, und danach einer Wärmeein­ wirkung bis zu einer Temperaturhöhe von 65 Grad C aus­ gesetzt wird.

3. Verfahren zur gleichzeitigen Vergütung und Hydropho­ bierung von Holz, dadurch gekennzeichnet, daß saftfrisches Holz mit wäßrigen Lösungen verschie­ denartiger Vergütungsstoffe getränkt wird,die zusätz­ lich mit Sauerstoff aus unterschiedlichen Herkunfts­ quellen angereichert sind.

3.1 Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergütungsstoff wasserlösliche Farbstoffe ver­ wendet werden.

3.2 Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergütungsstoff Schutzmittel gegen thermische Einwirkungen verwendet werden.