Verfahren zur Dimensionsstabilisierung und zum Schutz von Holz und holzhaltigen Materialien

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dimensionsstabilem Holz und holzhaltigen Materialien.

[0002] Holz verändert seine Abmessungen unter dem Einfluß wechsänder Feuchtigkeit. Dieses Quellen und Schwinden (Feuchteverformung) führt in der Holzverwendung zu den allgemein bekannten Schwierigkeiten, insbesondere bei Fenstern, Türen, Fußböden, Plattenflächen usw.

[0003] Das Problem der Verminderung der Feuchteverformung ist' schon Gegenstand zahlreicher Versuche in Wissenschaft und Praxis gewesen. Eine Übersicht darüber enthält der von A. Burmester verfaßte BAM-Bericht Nr. 4 "Formbeständigkeit von Holz gegenüber Feuchtigkeit; Grundlagen und Vergütungsverfahren" Berlin 1970. Die bisher bekanntgewordenen Vergütungsverfahren konnten sich nur in wenigen Fällen in die Praxis einführen, weil sie mit Nachteilen verschiedener Art verbunden sind, die ihre Anwendbarkeit begrenzen. Bei der Komplexität des Problems ist es nicht möglich, ein universell anwendbares Vergütungsverfahren zu entwickeln.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung der Formbeständigkeit von Splinthölzern wie Ahorn, Birke, Buche, Pappel usw. zu entwickeln, denen von Natur aus wegen ihrer Struktur und wegen des Fehlens von Kerninhaltsstoffen eine besonders große Feuchteverformung zueigen ist, so daß sie u.a. deswegen von vielen Verwendungsgebieten ausgeschlossen sind.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Tränkung mit solchen Stoffen durchgeführt wird, die in die Zellwandhohlräume eingebracht werden können. Hierfür sind nur wenige Stoffe geeignet. Zu diesen gehören die Gerbstoffe, die sowohl als Naturstoffe (Tannin) in Pflanzen vorkommen als auch synthetisch hergestellt werden können. Tannin ist ein wesentlicher Bestandteil des Kernholzes vieler Baumarten. Es bewirkt bei der natürlichen Umwandlung von Splint- in Kernholz jedoch nur eine geringe Dimensionsstabilisierung, weil es lediglich in den Lumina der Zellen und nicht in den Zellwänden eingelagert ist. Die technische Tränkung von Splintholz mit Tanninlösungen verursacht nach dem bisherigen Stand des Wissens ebenfalls nur eine mäßige Dimensionsstabilisierung. Die Eindringung in die Zellwände ist wegen der Molekülgröße der Gerbstoffe beschränkt und kann durch Tränkung des Holzes im fasersatten Zustand und durch Verlängerung der Träntzeit nur in geringem Maße gefördert werden. Für praktische Belange ist diese Dimensionsstabilisierung jedoch nicht ausreichend, wenn man sie mit von Natur aus dimensionsstabilen Holzarten vergleicht. Bisher ist es nicht gelungen, Tannin in größerem Umfang in die Zellwände einzulagern.

[0006] Es wurde nun gefunden, daß eine entscheidende Verbesserung der Dimensionsstabilisierung gerbstoffgetränkten Holzes durch Wärmeeinwirkung bei bestimmter Temperaturhöhe erreicht werden kann. Neben der Erniedrgung der Viskosität der Gerbstofflösung wird vor allem die Porosität der Zellwände so weit erhöht, daß die Tränkstoffmoleküle die Zellwandhohlräume anstelle des die Feuchteverformung verursachenden Wassers ausfüllen können. Dadurch wird das Schwinden des Holzes beim Trocknen weitgehend unterbunden. Für das Eindringvermögen des Tränkstoffes in die Zellwände ist dessen Molekülgröße und die Porenweite der Zellwände von Bedeutung. Die optimale Temperaturhöhe bei der Wäreeinwirkung ist daher entsprechend der Molekülgröße der jeweiligen Gerbstoffart und des Feinbaues der jeweiligen Holzart unterschiedlich. Sie liegt allgemein im Bereich zwischen 20° C und 140° C.

[0007] Gerbstoff kann allein oder in Mischung mit anderen Stoffen, z.B. Zuckern oder Salzen einschließlich Holzschutz-oder Feuerschutzsalzen, verwendet werden.

[0008] Die Tränkung des Holzes mit derartigen Lösungen ist auf verschiedene Weise nach den üblichen Verfahren (unter Druck- oder Vakuumanwendung sowie im Tauchverfahren) möglich. Die Wärmeeinwirkung kann durch Tränkung mit entsprechend erwärmter Lösung, evtl. nach Vorwärmung des Holzes, erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Erwärmung erst nach der bei Raumtemperatur erfolgten Tränkung am lösungsgesättigten Holz oder nach teilweiser bis vollständiger Trocknung vorzunehmen. Das erreichbare Ausmaß der Dimensionsstabilisierung hängt vom Feuchtigkeitszustand bei der Wärmebehandlung sowie von ihrer Dauer und Temperaturhöhhe ab. Weitere Parameter sind Tränkstoffart, Lösungskonzentration und Holzfeuchtigkeit vor der Tränkung.

[0009] Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß

1. die Dimensionsstabilität von Splinthölzern in entscheidendem Maße verbessert wird, so daß geringwertige Hölzer zu hochwertigen Spezialhölzern vergütet werden,

2. das Verwerfen und Reißen des Holzes beim Trocknen unterbunden wird,

3. der Volumenverlust durch Schwindung und spanabhebende Bearbeitung wesentlich reduziert wird,

4. die Tränkung des Holzes bei beliebigem Feuchtigkeitsgehalt mit den üblichen Einrichtungen erfolgen kann,

5. der Tränkstoff, insbesondere Tannin, preiswert ist und aus den Rinden einheimischer Bäume gewonnen werden kann,

6. mit der Verwendung von Tannin und weiteren Extraktstoffen aus Baumrinde ein wesentlicher Beitrag zur Verwertung dieses bisher wenig genutzten Rohstoffes geleistet werden kann,

7. die Widerstandsfähigkeit des vergüteten Holzes gegen Befall durch Pilze und Insekten erhöht wird, wobei Tannin ein für den Menschen ungiftiger Schutzstoff ist, der dem helle Splintholz ein ansprechendes Aussehen verleihto

Beispiel 1

[0010] Kanteln aus Buchenholz von 350 mm Länge, deren Holzfeuchtigkeit etwa 20% betrug, wurden in einem Autoklaven mit Tanninlösung T.L. von 70° C geflutet. Nach halbstündiger Evakuierung, wobei die Temperatur der Tränklösung auf 70° C gehalten wurde, wurde der normale Luftdruck wieder hergestellt, so daß die Tanninlösung in das Holz eindrang. Die Kanteln verblieben weitere 5 Stunden in der 70⁰ C warmen Lösung und wurden dann entnommen. Danach wurden aus verschiedenen Längenbereichen Scheiben entnommen, an denen die Schwindung gemessen wurde. Die Schwindung betrug bis zum Ausgleich in 20°/86% tangential 0,81% und radial 0,57%, in 20°/65% 1,80% bzw. 0,97%. Die tangentiale Schwindung ist damit im Vergleich zum unbehandelten Buchenholz um 85% bzw. 75% verringert. Die Prüfung der Biegefestigkeit und des E-Moduls ergab keine Veränderung; die Druckfestigkeit war um 10% erhöht.

Beispiel 2

[0011] Buchenholz wurde bei Raumtemperatur im Vakuumverfahren mit Tanninlösung T.L. getränkt. Nach Erreichen der Maximalquellung wurde es unter Verhinderung der Austrocknung 5 Stunden lang bei 70° C erwärmt. Die Schwindungsmessung ergab eine Reduzierung der tangentialen Schwindung um 70%.

Beispiel 3

[0012] Ahornholz wurde bei Raumtemperatur im Vakuumverfahren mit Tanninlösung T.L. getränkt und bis zur Fasersättigung getrocknet. Dann erfolgte unter Verhinderung weiterer Austrocknung eine 5stündige Wärmebehandlung bei 85° C. Die gemessene Schwindung war im Vergleich zum unbehandelten Holz um 72% vermindert.

Beispiel 4

[0013] Frisches Kiefernrundholz von 25 cm Durchmesser wurde im Saugverfahren mit erwärmtem Mimosarindenextrakt getränkt und anschließend im Normalklima getrocknet. Eine daraus entnommene Holzscheibe trocknete, ohne zu reißen, während bei einer unbehandelten Scheibe der typische V-Riß auftrat.

Beispiel 5

[0014] Buchenholz wurde mit 20%igen Lösungen von Quebrachoextrakt bzw. synthetischem Tanigan LD im fasersatten Zustand getränkt und anschließend wärmebehandelt. Die größte Schwindungsverminderung wurde für Quebrachoextrakt bei 90° C und für Tanigan LD bei 50° C erreicht.

Ansprüche

1. Verfahren zur Dimensionsstabilisierung und zum Schutz von Holz und holzhaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß Gerbstoffe oder diesen in ihren Eigenschaften ähnliche Stoffe durch geeignete Verfahren vorzugsweise in die Zellwände eingelagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Holz und holzhaltige Materialien in möglichst hohem Quellungszustand mit den Lösungen der betreffenden Stoffe nach sonst üblichen Verfahren getränkt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Binlagerung der betreffenden Stoffe in die Zellwände durch Wärmeeinwirkung in Temperaturbereichen durchgeführt wird, die jeweils auf Holzart, Holzfeuchtigkeitsgehalt und Stoffart abgestimmt sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Gerbstoffen oder diesen ähnlichen Stoffen weitere Stoffe zugesetzt werden, welche z.B. die Stabilisierung, Fixierung und Färbung beeinflussen oder einen zusätzlichen Schutz gegen Pilze, Insekten und/oder Feuer sowie Verwitterung bewirken.