Imprägnierungslösung und Verfahren zu dessen Anwendung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Imprägnierung und Neu­tralisierung von Hölzern.

[0002] Alle Hölzer und Holzprodukte, insbesondere das frische Naturholz, dampfen Säuren aus. Im Holz sind bestimmte chemische Gruppen vor­handen, die unter Wassereinfluß gespalten werden. Bei diesem Spaltungsprozeß entstehen Essig- und Ameisensäure, deren anfal­lende Menge je nach Holzart jedoch unterschiedlich ist. Ferner dampfen die meisten heimischen Hölzer Formaldehyd aus. Formalde­hyd entsteht bei der Spaltung bestimmter chemischer Gruppen, die als Zwischenprodukte der Photosynthese im Holz vorhanden sind.

[0003] In der Industrie werden beispielsweise bei der Verpackung von Elektroblechen Zwischenlagen aus Holz als Abstandshalter zwischen die einzelnen Coils gelegt. Als Abstandshalter oder Zwischenlagen werden sog. Holzknüppel oder Holzprodukte, in diesem Fall vor­zugsweise Spanplatten, verwendet. Dabei gibt es immer wieder Beanstandungen, daß im Bereich der Zwischenlagen (Kontaktstelle Holz - Blech) an den Coils Rost entsteht. Diese Rostbildung wird begünstigt durch feuchte Hölzer und eine hohe Luftfeuchtigkeit.

[0004] Durch besondere Korrosionstests konnte festgestellt werden, daß bestimmte Ausdunstungsprodukte der Hölzer an der Rostbildung ent­scheidend beteiligt sind. Bei einer reinen Atmosphäre ohne Anwe­senheit von Holz tritt keine Rostbildung auf. Bei Holzprodukten sind es hauptsächlich Essig- und Ameisensäure, die die Rostbldung auslösen. Hauptsächlich Spanplatten haben eine starke korrosions­auslösende Wirkung, aber auch Knüppel aus Buchen- oder Nadelhöl­zern fördern die Korrosion.

[0005] Die Ausdampfung korrosionsauslösender Substanzen geht dabei sehr langsam vor sich. Es liegt eine permanente Korrosionswirkung vor, die jedoch außerdem von den Umwelteinflüssen abhängig ist.

[0006] Dasselbe gilt für Spanplattenabschnitte, Preßpappen oder andere Holzprodukte. Die Ausdampfungsrate korrosiver Substanzen liegt dabei etwa 5 bis 10 mal höher als bei Naturholz. Bei Spanplatten und anderen kunstharzverleimten Holzprodukten spielen die zur Ka­talysierung der Kunstharze verwendeten Substanzen eine entschei­dende Rolle. Die oft verwendeten Salze z. B. Ammoniumchlorid kön­nen sich sehr korrosiv auswirken.

[0007] Der DE-OS 35 36 417 ist ein Verfahren zur Herstellung von unver­dichteten Lagenhölzern zu entnehmen, welche durch eine wäßrige Lösung einen Holzschutz gegen Insektizide und Fungizide enthält.

[0008] Zu den ausdampfenden Säuren kommt auch noch ausdampfendes Formal­dehyd hinzu. Formaldehyd tritt vermehrt bei mit Formaldehydharz gebundenen Spanplatten sowie Holz- oder Zellstoffprodukten auf. Dieser Formaldehyddampf wird durch Luftsauerstoff und Feuchtig­keit unter katalytischer Mitwirkung der Eisenoberfläche zu Amei­sensäure oxidiert. Rostkeime bilden sich durch Raktion dieser Säuren mit der Eisenoberfläche, wobei auf der Oberfläche der völ­lig fettfreien Elektrobleche die entsprechenden Eisensalze in Verbindung mit der Luftfeuchtigkeit zu Rosterscheinungen führen. Die so entstandenen Säuren wirken genauso rostauslösend, als ob sie aus dem Holz kommen würden. Die Prozesse laufen also neben­einander ab - die direkte Ausdampfung von Säuren aus dem Holz und die Säurebildung über das Formaldehyd oder andere Aldehyde an der Blechoberfläche.

[0009] Die ausdampfenden Produkte sind alle leicht flüchtig. Es kommt dabei auch zu einer gewissen Ausstrahlung, d. h., es setzt nicht nur an den direkten Kontaktstellen die Rostbildung ein, sondern auch in der Umgebung.

[0010] Der EP-0 146 512 A1 sind Verbindungen zu entnehmen, die die For­maldehydemission vermindern.

[0011] Um die Korrosionsbildung zu eliminieren, wurden Versuche mit un­terschiedlichsten Holzschutzmitteln durchgeführt. Bei allen ge­testeten Produkten ergab sich eine unbefriedigende Korrosions­schutzwirkung. Es wurden Hölzer mit Lack imprägniert, was solange gut war, wie die Hölzer nicht benutzt wurden. Die geschlossene Lackschicht wurde sofort bei der ersten Belastung durch Coils durchgedrückt und die Substanzen konnten wieder ungehindert aus­dampfen.

[0012] Weitere Versuche wurden mit Kunststoffzwischenlagen gemacht. Alle verwendeten Kunststoffe waren zu glatt und stellten damit eine große Unfallgefahr für das Personal dar. Ein weiterer Nachteil war, daß sie zu teuer waren.

[0013] Damit die Feuchtigkeit nicht an das Holz herankommen konnte, wur­den die Hölzer mit Paraffin imprägniert. Der Korrosionsschutz war gut und ausreichend, aber auch diese Oberfläche war zu glatt und konnte nicht belastet werden.

[0014] Die DD-PS 21 778 beschreibt ein Verfahren, welches durch eine Be­handlung mit Hartparaffin Hölzer wasserabweisend macht.

[0015] In der Verpackungsindustrie werden sog. Dampfphaseninhibitoren eingesetzt. Üblicherweise handelt es sich dabei um VCI- oder VPI-­Papier. Dieses sind Papiere, die mit einer chemischen Substanz imprägniert worden sind und die Eigenschaft haben, leicht auszu­dampfen. Dabei setzen sich die ausgedampften Substanzen als dün­ner Film auf die Oberfläche der sie umgebenden Materialien. Die­ser Film übt dann eine Korrosionsschutzwirkung aus. Die Papiere stellen z. B. eine übliche Verpackungsart nach Übersee dar; neben Papier wird auch Filz getränkt.

[0016] Diese Inhibitoren haben die Aufgabe, daß sie die Oberfläche der sie umgebenden Materialien schützen sollen. Bei den zur Anwendung kommenden Holzzwischenlagen versagen sie aber. Sie kommen nur mit dem Holz in Berührung, aber an die Kontaktstelle Eisen - Holz dringen sie nicht vor. Der Schutzfilm ist sehr dünn und das Holz dampft ständig aus. Außerdem vertragen die Dampfphaseninhibitoren nicht gut Säuren, d. h., sie haben in Anwesenheit von Säuren eine erheblich schlechtere Schutzwirkung als normal. Sie sind nicht in der Lage, die Säuren im Holz abzufangen.

[0017] Nachdem nun die rostauslösenden Faktoren geklärt waren, mußte eine Imprägnierung gefunden werden, die die korrosive Wirkung der Zwischenhölzer verhindern sollte. Wie festgestellt wurde, ist es sinnlos, Substanzen von außen einwirken zu lassen, weil nicht ge­nügend Substanz über die Verdampfung transportiert werden kann. Auch kriechen die Substanzen nicht durch jeden Spalt und unter jede Druckstelle. Es muß also dort eingegriffen werden, wo die schädlichen Substanzen entstehen.

[0018] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutz von Stahl­oberflächen gegen Rost- und Korrosionserscheinungen, die durch Holzinhaltsstoffe ausgelöst werden, zu gewährleisten, d. h., durch eine entsprechende Imprägnierung von Holzprodukten soll ei­ne Korrosionsverbindung erreicht werden. Gleichzeitig soll das Holz gegen eindringede Feuchtigkeit geschützt werden. Als weite­res muß eine Substanz gefunden werden, die mit Formaldehyd rea­giert und es unschädlich macht.

[0019] Die Aufgabe der Erfindung ist daher in folgenden Phasen zu se­hen:

1. Die Säuren im Holz müssen abgebunden und neutralisiert wer­den.

2. Das Formaldehyd oder andere Aldehyde im Holz muß gebunden wer­den.

3. Durch geeignete Zusatzstoffe muß verhindert werden, daß von außen Wasser in das Holz eindringen kann und sich dadurch kei­ne weiteren korrosionsauslösenden Stoffe bilden können.

[0020] Die Lösung der Aufgabe ist gemäß Anspruch 1, eine basische Sub­stanz einzusetzen, die die Säuren in einem so hohen Maß abbindet, daß auch die noch nicht entstandenen Säuren eliminiert werden können. Zusätze von Amine bauen den Formaldehydanteil ab. Kunst­harze und Wachse verhindern das erneute Eindringen von Wasser. Es wird gewissermaßen eine Dampfsperre errichtet, die ein Eindringen von Wasser in Holz unterdrückt. Um diese Forderungen durchzufüh­ren, werden die Hölzer am besten tauchimprägniert und danach einer Trockenbehandlung im Ofen ausgesetzt.

[0021] Die Lösung der Aufgabe ist also darin zu sehen, daß das Holz nicht nur von außen abgedichtet werden soll, sondern es sollen auch die im Holz befindlichen Substanzen abgebunden werden, damit sie nicht mehr ausdampfen und auch soll das Holz gegen äußere Wassereinflüsse geschützt werden.

[0022] Das Holz oder die Holzprodukte werden also genügend lange z. B. 30 bis 60 Sekunden einer Tauchimprägnierung unterzogen. Die Zeit im Tauchbad bestimmt zugleich die Eindringtiefe. Bei der Tauchim­prägnierung dringt die Imprägnierungslösung über die Fasern und Zwischenzellräume ins Holzskelett ein. Bei Holzprodukten werden die einzelnen Partikel umschlossen. Gleichzeitig wird jede Faser und jedes Partikel mit einer hydrophoben Schicht ummantelt, die verhindert, das erneut Wasser eindringt.

[0023] Die Substanzen im Holz werden also neutralisiert und abgebunden und zuletzt aus Sicherheitsgründen das Material abgedichtet. Die­ses ist besonders dann wichtig, wenn die Hölzer einer mehrfachen Benutzung zugeführt werden sollen.

[0024] Die Imprägnierungslösung kann natürlich auch mit einem Farbstoff oder -pigment versehen werden. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn eine Unterscheidung zwischen unbehandelten und imprägnierten Hölzern oder Holzprodukten sowie Zelluloseprodukten wichtig er­scheint. In diesem Fall wird die Imprägnierungslösung bevorzugt durch den Zusatz eines wasserlöslichen, alkalibeständigen Farb­stoffes eingefärbt. Als Farbstoffe eigenen sich z. B. Rhodamin B oder Methylenblau.

[0025] Neben der äußeren Kennzeichnung hat die Einfärbung noch einen weiteren Vorteil, und zwar, daß zum Zweck der Qualitätskontrolle an zersägten Hölzern die Eindringtiefe der Imprägnierungslösung festgestellt werden kann.

[0026] Nachdem die Hölzer abgetropft sind, werden sie am besten einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von über 100 °C unterzogen, um damit das im Holz befindliche Wasser zu verdampfen. Anschließend können die Hölzer ihrer Verwendung zuge­führt werden.

[0027] Die nachfolgenden Rezepturen geben verschiedene Zusammensetzungen von Imprägnierungslösungen an.
Beispiel 1:
2 Gew. % Natriumtetraborat
8 Gew. % Triethanolamin
5 Gew. % Triethanolaminstearat
1 Gew. % Paraffin
1 Gew. % Verdicker
0,1 Gew. % Netz- und Antischaummittel
82,9 Gew. % Wasser
Diese Rezeptur beinhaltet Paraffin. Da Paraffin jedoch einen be­stimmten Emulgator benötigt, muß auch Triethanolaminstearat bei­gegeben werden. Durch das Natriumtetraborat wird die Alkalität hergestellt, wobei das Triethanolamin mit dem im Holz vorhandenen Formaldehyd reagiert. Eine sehr gute Imprägnierungslösung, die einen ausgezeichneten Langzeitschutz aufbaut.
Beispiel 2:
5 Gew. % Di-Kaliumhydrogenphosphat
3 Gew. % Monoethanolamin
5 Gew. % Polyethylenwachsdispersion
0,2 Gew. % Verdicker
0,05 Gew. % Netzmittel
86,75 Gew. % Wasser
Eine typische Imprägnierungslösung für Naturhölzer. Sie dringt gut ein und hat auch eine gute Langzeitwirkung.
Beispiel 3:
8 Gew. % Natriumsilikat
5 Gew. % Diethanolamin
10 Gew. % Acrylatdispersion
0,2 Gew. % Verdicker
0,1 Gew. % Netz- und Antischaummittel
76,7 Gew. % Wasser
Wie ersichtlich ist, werden bei den drei vorgenannten Rezepturen verschiedene Amine benutzt, die aber in ihrer Wirkung etwa alle gleich sind. Der Unterschied liegt nur in den verschieden starken Dampfdrücken. Es wird im eigentlichen Sinne eine Fernwirkung durch die Amine erzeugt, wobei das Monoethanolamin die größte Fernwirkung hat.

[0028] Die Rezeptur im Beispiel 3 ist besonders für Spanplatten geeig­net. Das enthaltene Natriumsilikat ist basisch und verfestigt zum einen noch die Spanplatten.
Beispiel 4:
40 Gew. % Diethanolamin
15 Gew. % Polyesterdispersion
20 Gew. % Natriumsilikatlösung
0,5 Gew. % Verdicker
0,1 Gew. % Netz- und Antischaummittel
24,4 Gew. % Wasser
Während die Rezepturen 1 bis 3 gebrauchsfertige Imprägnierungslö­sungen sind, handelt es sich bei der Rezeptur 4 um ein Konzen­trat, welches vom Verbraucher im Verhältnis 1 : 3 mit Wasser ver­dünnt werden muß. Auch diese Rezeptur eignet sich gut für Span­platten.

[0029] Mit dem Verdicker kann generell die Eindringtiefe der Imprägnie­rungslösung gesteuert werden.

Ansprüche

1. Chemische Imprägnierungslösung zur Herstellung von korrosions­inerten Verpackungshölzern und Holzprodukten und/oder Zellulo­seprodukte auf der Basis einer wässrigen Lösung, welche durch in Kontaktbringen der Holzoberflächen mit der Imprägnierungs­lösung das Ausdampfen von Säuren unterbindet, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Lösung eine basische Lösung ist, und minde­stens ein Amin zur Formaldehyd-Bindung und eine Substanz zur Hydrophobierung enthält.

2. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung als basische Substanz mindestens ein Silikat, Borat, Karbonat, sekundäre oder tertiäres Phosphat eines Alkalimetalles und/oder Erdalkalimetalles ent­hält.

3. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung ein oder mehrere Amine, vorzugs­weise Mono-, Di- oder Trialkanolamine enthält.

4. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz einer Wachs-, Paraf­fin- und/oder Kunstharzdispersion bzw. Lösung beinhaltet.

5. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Netzmittels aufweisen kann.

6. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Antischaum­mittels aufweisen kann.

7. Chemische Imprägnierungslösung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Lösung einen Zusatz eines Verdickungs­mittels aufweisen kann.

8. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung ein Farbstoff und/oder Farbpigment zugesetzt werden kann.

9. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Hölzer oder Holzprodukte mit der Imprägnierungslösung in Berührung bringt und anschließend einem Trockenprozeß unterzieht.

10. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Art des verwendeten Ami­nes eine Korrosionsschutzfernwirkung von den imprägnierten Hölzern oder Holzprodukten ausgeht.

11. Chemische Imprägnierungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung als Konzentrat oder gebrauchsfertige Lösung hergestellt wird.