DE1642190C3 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffholz hoher Härte - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Kunststoffholz hoher HärteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffholz hoher Härte durch Imprägnieren
des Holzes mit einer polymerisierbaren Stoffmischung, die mindestens 40 Gewichtsprozent eines Monomeren
mit einer Doppelbindung, einen Freiradikalkatalysator und gegebenenfalls brückenbildende Substanzen
mit zwei oder mehreren Doppelbindungen und polare Zusatzstoffe zur Unterstützung der Löslichkeit des
Katalysators enthält, unter Durchführung einer ersten !Polymerisation, durch Erhitzen des imprägnierten
Holzes auf Polymerisationstemperatur unter Vermeidung eines Anstiegs der Temperatur auf über 110 C
und gegebenenfalls Erhitzen des Holzes nach beendeter Polymerisationsreaktion auf höchstens 160' C.
Es ist bekannt, daß sich die Eigenschaften von Holz durch Füllen der offenen Poren mit einem festen hydrophoben
Polymeren beträchtlich verändern lassen. So verhindern die Polymeren beispielsweise den Eintritt
von Luft. Wasser und sonstigen Flüssigkeiten sowie von Mikroorganismen in das Holz, machen bei entsprechender
Auswahl das Holz formstabil, hart und verschleißfest und verbessern einige seiner Festigkeitseigenschaften, 7. R. insbesondere die Druckfestigkeit,
merklich.
Zur Herstellung von füulnisbcständigem Hol/, werden Verfahren angewandt, bei denen das Holz imprägniert
wird, indem man es in ein Gefäß bringt, das zunächst evakuiert wird, um die Luft aus den Holzporen
zu entfernen, worauf man in das Hol/ einzubringende Imprägnierflüssigkeit in das Gefäß einspeist,
bis diese das Holz bedeckt und dann auf die Flüssigkcitsoberfiäche einen Druck von einer oder
mehreren Atmosphären einwirken läßt, der die Flüssigkeit tief ins Holz hineintreibt. Diese Arbeitsweise hat
man auch schon zum Einführen polymerisierbar Stoffe in die Holzporen angewandt.
Im Verlauf der letzten Jahrzehnte sind in verschiedenen Ländern Verfahren zur Herstellung von
K unststoffholz entwickelt worden, bei denen Holz mit
Lösungen eines fertigen Polymeren oder mit Stoffen imprägniert wird, die härtbare Kunstharze oder Thermoplaste
bilden und durch Erwärmen in Getr -art eines Katalysators oder durch Strahlung zu einem
festen Polymeren polymerisiert werden. Als polymerisierbare Stoffe sind flüssige Vorkondensate von
üblichen, härtbaren Kunstharzen wie Phenolformaldehyd- und Carbamidformaldehydharzen. Carbamid,
reaktive Carbamidverbindungen. Furfurylalkohol, Epoxy-Verbindungen allein oder zusammen mit
Härtern, wie Aminen oder Säureanhydriden, verwendet worden. Von den Additionspolymere bildenden
Stoffen sind im Holz die üblichen, nämlich Acetylen, Äthylen. Vinylchlorid und Vinylacetat, Acrylnitril.
Styrol, Acryl- und Methacrylmonomere sowie Monomere mit mehr als einer Doppelbindung, z. B. Chloropren,
Äthylenglykol und Dimethylacrylate anderer Glykole. Divinylbenzol, Allylester und Ester der
Maleinsäure, polymerisiert worden. So ist es beispielsweise aus der russischen Patentschrift 51 842 bekannt.
Holz mit Chloropren oder Divinyl und einen Polymerisationskatalysator enthaltenden Lösungen zu imprägnieren
und diese Monomeren durch Erwärmen des imprägnierten Holzes aiiszupolymerisieren, wobei
sich kautschukartige Elastomere bilden. Außer diesen Monomeren sind auch schon polymerisierbar^ ungesättigte
Polyester in Form handelsüblicher Konzentrate oder, bezüglich des Polyestergehalts, weniger
konzentrierte Lösungen zur Herstellung von Kunststoffholz verwendet worden.
Trotz ihrer Vielzahl und der Unterschiedlichkeit der
dabei angewandten Arbeitsweisen und Ausgangsmaterialien konnte jedoch keines der bislang bekannten
Verfahren zur Herstellung von Kunststoffholz sowohl in verfahrenstechnischer Hinsicht als auch bezüglich
der Eigenschaften des danach erhaltenen Kunststoffholzcs völlig befriedigen, die sowohl von den Eigenschaften
des als Ausgangsmaterial verwendeten Holzes als auch des in dessen Poren eingebrachten Polymeren
abhängen.
So sind gehärtete Kunststoffe enthaltende Kunststoffholzprodukte
zwar verhältnismäßig gut beständig gegen Öle, Fette und sonstige organische Stoffe und
weisen in den meisten Fällen eine bessere Wärmebeständigkeit als mit Thermoplasten gefülltes Holz auf,
sind aber mit dem Nachteil behaftet, daß ihre Herstellung schwierig und die Qualität starken Schwankungen
unterworfen ist, da die hohe Viskosität der Ausgangsstoffe oder Vorkondensate härtbarer Kunstharze
das Imprägnieren erschwert.
Additionspolymere bildende Monomere sind hingegen zwar insofern vorteilhaft, als sich Holz damit
leicht imprägnieren läßt und bei ihrer Polymerisation weder Wasser oder sonstige Nebenprodukte mit nachteiliger
Wirkung entstehen, können aber deswegen nicht voll befriedigen, weil nach bekannten Verfahren
unter Verwendung dieser Monomeren hergestelltes Kunststoffholz in der Regel verhältnismäßig empfindlich
gegen Wärme und organische Lösungsmittel ist. Dieser Mangel kann zwar durch die Mitverwendung
verschiedener, zur Brückenbildung führender Monomerer oder Polyester mit wenigstens zwei Doppelbindungen
verringert, d. h die Wärme- und Lösungsmittelbeständigkeit des Kunstharzbestandteils verbessert,
aber nicht in ausreichendem Maß oder gar völlig behoben werden.
Schließlich erhält man bei der Verwendung von imeesältigten Polyestern, die als Handelsprodukte etwa
70"/0 ungesättigten Polyester und 30°/0 Styrol enthalten,
zwar gegen organische Lösungsmittel verhältnismäßig gut beständiges und hartes Kunststoff holz,
jedoch dringen auch diese Ausgangsstoffe infolge ihrer hohen Viskosität schlecht in das Holz ein. Dieser
Mangel läßt sich zwar durch Verdünnung der handeisüblichen Polyesterkonzentrate mit Styrol beheben, da
man auf diese Weise hinsichtlich ihrer Viskosität zum Imprägnieren geeignete Lösungen erhallen kann,
jedoch wurde bei entsprechenden Versuchen gefunden, daß derartige Lösungen im Holz nach erfolgtem Po'ymerisieren
mit Hilfe eines Freiradikalkatalysators selbst bei behutsamer Wärmebehandlung die Dimensionen
des Holzkörpers beträchtlich verändern, was offenbar auf die bekannte Volumenverringerung eines Gemisches
von ungesättigtem Polyester und Styrol im Verlauf der Polymerisation zurückzuführen ist. Die
Veränderung der Dimensionen hat ihrerseits zur Folge, daß man genötigt ist, einen großen Teil der Oberfläche
des Holzkörpers zu entfernen, um einen Körper regelmäßiger Form zu erzielen. Polymerisiert man in entsprechender
Weise Styrol allein, so bleiben überraschenderweise deren Dimensionen trotz der gleichen
Volumenabnahme des Styrols während des Polymerisierens unverändert oder ändern sich nur
wenig.
Der Erlindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu überwinden
und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff holz zu schaffen, bei dem man preiswerte
Monomere, wie Styrol, und ein billiges Härtungsverfahren anwenden und dennoch ein hartes, hellfarbiges,
mit Kunstharz imprägniertes Holz erhalten kann, das in organischen Lösungsmitteln im wesentlichen unlöslich
ist und im Verlauf der Polymerisation seine ursprüngliche Form behalten hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs geschilderten Art gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß eine lmprägnierlösung verwendet wird, die zusätzlich ein im verwendeten
Monomeren lösliches gesättigtes oder ungesättigtes Additionspolymer enthält.
Beim Verfahren der Erfindung werden vorzugsweise als Monomer mit einer Doppelbindung Styrol, als im
benutzten Monomeren lösliches Additionspolymeres, ungesättigtes Homo- oder Copolymere des Butadiens
oder ein gesättigtes Polymeres des Isobutens sowie ein Freiradikalkatalysator verwendet, der imstande ist,
die Polymerisation der Mischung bei einer Temperatur unter 8O0C einzuleiten.
Mengenanteile der einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäß
verwendeten Imprägnierlösung können innerhalb weiter Grenzen variiert werden. So kann das
Monomer mit einer Doppelbindung in der Lösung in einer Menge von 40 bis 95 Gewichtsprozent, vorzugsweise
70 bis 90 Gewichtsprozent vorhanden sein. In ^0
dem zur Anwendung kommenden Monomeren lösliches Additionspolymer kann die Imprägnicrlösung in
einer Menge von 2 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis 15 Gewichtsprozent enthalten. Diese Stoffe
ergeben in Kombination die hohe Härte von erfindungsgemäß hergestelltem Kimststoffholz. Der Freiradikalkatalysatorgehalt
der Imprägnierlösung beträgt 0,2 bis 3 Gewichtsprozent.
Wie bereits erwähnt, enthalten die erfindungsgemäß verwendeten Imprägnierlösungen vorzugsweise eine
oder mehrere brückenbildende Substanzen. Als solche eignen sich besonders Divinylbenzol oder andere ähnliche,
zwei oder menrere Doppelbindungen en'haldende, dem Divinylbenzol im Molekulargewicht vergleichbare
Brückenbildner, z. B. die Acrylate und Dimethacrylate
mehrwertiger Alkohole sowie die Allylester mehrwertiger Säuren. Die Menge des Divinylbenzols
in der Imprägnierlösung beträgt 0,5 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 bis 2 Gewichtsprozent,
der Gehalt an Ester 0,5 bis 10 Gewichtsprozent.
Besonders vorteilhaft ist es auch, einen zusätzlichen Brückenbildner zu verwenden, der mit Holzbestandteilen
reagieren kann, ζ. Β Epoxygruppen enthaltende Verbindungen, wie Diglycidyläther von Bisphenol A.
Solche Stoffe können in der Imprägnierlösung zu 1 bis
30 Gewichtsprozent enthalten sein.
Die Imprägnierlösung kann vorteilhafterweise auch einen polaren Zusatzstoff enthalten, der als Lösungsvermittler für die handelsüblichen Freiradikalkatalysatoren
dient, z. B. niedere ungesättigte Carbonsäuren. Beispielsweise erhält man beim Zumischen von Methyläthylketonperoxyd
zu einer Lösung von Styrol, Divinylbenzol und Polybutadien eine trübe Mischung, die sich erst bei Zusatz von 1 bis 4 Gewichtsprozent
Acryl- oder Methacrylsäure klärt.
Als Freiradikalkatalysatoren eignen sich übliche, im Handel erhältliche Freiradikalkatalysatoren wie Methyläthylketonperoxid,
Benzoylperoxid und Azodiisobutyronitril oder deren Mischungen.
Die erfindungsgemäß verwendeten lmprägnierlösiingen weisen folgende Haupteigenschaften auf:
Die Viskosität ist su niedrig (weniger als 6 cSt/20 C),
daß die lmprägnieriösung bei Anwendung von Vakuum-Druckimprägnierung
schon bei 100C effektiv in die Holzporen einzudringen vermag.
Die Polymerisation kommt bereits bei einer Temperatur unter 80'C in Gang.
Bei der Polymei isation ändern sich die Dimensionen des Holzkörpers nicht oder nur geringfügig.
Das Endprodukt ist 4- bis 9mal so hart wie das ursprüngliche Holzmaterial.
Die gehobelte Oberfläche des Endprodukts hat angenehm wachsartigen Charakter.
Das Holz wird beim Verfahren der Erfindung nach üblichen Verfahren mit Hilfe von Vakuum und Druck
imprägniert. Dazu wird das Holz zweckmäßig in ein Gefäß eingebracht, das bis auf weniger als 50 Torr
evakuiert wird, worauf man so viel Imprägnierlösung in das Gefäß einleitet, daß die Holzkörper völlig von
der Flüssigkeit bedeckt sind.
Die Flüssigkeitsoberfläche wird dann mit Druck beaufschlagt, indem man entweder ein Ventil zur umgebenden
Atmosphäre öffnet oder Druckgas in das Gefäß einleitet. Je nach der Größe der Holzkörper und
dem gewünschten Imprägniergrad läßt man den Druck 10 Minuten bis 12 Stunden lang auf die Flüssigkeit
einwirken, wonach man sie aus dem Gefäß austrägt und die an den Oberflächen der Körper anhaftende
Flüssigkeit einige Minuten lang ablaufen läßt.
Die Härtung des imprägnierten Holzgutes zu einem harten Produkt findet in drei Phasen wie folgt statt:
1. Anheizen bei 30 bis 8O0C
Die Holzkörper werden in einen Heizschrank oder eine Heizkammer gebracht und dort entweder auf Gestellen
oder mit dünnen Zwischenlagen so gestapelt,
daß sich zwischen den Körpern ein Gasraum von
mindestens 1 cm lichter Weite befindet. Der Schrank wird geschlossen und die Luft mit einem inerten Gas.
wie Stickstoff, verdrängt, worauf der Schrankinhalt durch indirekte Beheizung über die Wände und/oder
durch Zirkulation von heißem Stickstoff erwärmt wird. Die Temperatur im Schrank wird gerade so weit erhöht,
daß die Polymerisation der Imprägnierlösung innerhalb einer angemessenen Zeit einsetzt. Wenn z. B. Methyläthylketonperoxyd
als Katalysator benutzt wird, reguliert man die Schranktemperatur auf 60 bis 65 C,
wobei da:in die Polymerisation nach 2 bis 3 Stunden einsetzt.
2. Polymerisationsphase
Die Temperatur des Stickstoff;, im Schrank beginnt
nach dem Einsetzen der Poiymerisation rasch anzusteigen,
wobei dann die Heizung abgestellt wird. Sobald die Temperatur 800C erreicht hat, beginnt man zimmerwarmen
oder kälteren Stickstoff in den Schrank einzuleiten, so daß die Temperatur nicht über 110 C,
vorzugsweise nicht über 100 "C, steigen kann. Das austretende Gas wird einem Kühler zugeführt, in dem die
Monomerdämpfe zurückgewonnen werden und aus welchem der abgekühlte Stickstoff anschließend wieder
in den Heizschrank zurückgeleitet werden kann. Die nach Abschluß der Reaktion nach Verlauf von 1 bis
2 Stunden erreichte Höchsttemperatur wird 15 Minuten bis 3 Stunden lang aufrechterhalten.
Die Menge des löslichen Polymeren in den Kunst-
stoffholzkörpern wurde durch Zerkleinern eines Blocks von 8-20-25 mm Größe zu dünnen Spänen und
24stündiges Extrahieren der Späne mit Chloroform im Soxhlet-Apparat bestimmt.
Mit dem Verfahren der Erfindung erzielt man beträchtlich härteres Kunststoff holz a!s wenn man
lediglich ein Gemisch von Styrol und Freiradikalkatalysator anwendet. Diese hohe Härte ist in erster Linie
ίο auf das in der Mischung enthaltene Additionspolymere
zurückzuführen, das als Speicher der bei der Polymerisation frei weidenden Wärme dient, das Verdunsten
des Monomers aus dem Holz während des Polymerisierens verhindert und bei der Anwendung von ungesättigten
Polymeren Brückenverbindung bzw. Vernetzung des Produkts mit organischen Lösungsmitteln
zu einem im wesentlichen unlöslichen Stoff bewirkt. Da das Polymerisieren bei möglichst niedriger Temperatur
stattfindet, ist die Änderung der Holzfarbe und der
ao Form verhältnismäßig geringfügig.
Nachstehend wird in einigen Beispielen das Verfahren der Erfindung erläutert.
3. Nachheizen
Wenn besonders hartes Kunststoffholz hergestellt werden soll, schließt man eine 1- bis 4stündige Nacherhitzung
bei 110 bis 160c C an, bei der Gewicht, Farbe und Dimensionen ungefähr so bleiben, wie sie am
Ende der Polymerisationsphase waren, während die Härte des Kunststoffholzes zunimmt.
Das Anheizen der getränkten Körper bei einer möglichst niedrigen Temperatur unter 80°C zum Einleiten
der Polymerisierreaktion und ihr Isolieren voneinander durch eine sich erneuernde, wärmeabsorbierende
Gasschicht sind unerläßliche Maßnahmen, da die Holzkörper sonst durch die frei werdende Reaktionswärme
zu hoch erhitzt werden, was dunkle Verfärbung und Rißbildung zur Folge hat.
Bei Versuchen im Labormaßstab mit kleinen Holzkörpern oder in Fällen, in denen das Volumen der
Körper im Vergleich zum Gasraum im Heizschrank klein ist, erübrigt sich eine Abkühlung mit kaltem Gas.
Die bei Versuchen im Labormaßstab verwendeten Holzkörper wurden 1 bis 2 Tage bei 105C in einem
gewöhnlichen Wärmeschrank getrocknet, während größere Körper in einem eigens zu dem Zweck hergestellten
großen Heizschrank zuerst 2 bis 3 Tage bei 70 bis 80"C und anschließend 2 bis 3 Tage bei 105cC
unter langsamem Durchleiten von Luft getrocknei wurden.
Die Brinellhärten der Kunststoffhölzer wurden nach DlN 50 351 ermittelt (Kugeldurchmesser 10 mm,
Druckdauer 25 Sekunden). Zimmertrockene Holzkörper mit 4 bis 7% Feuchtigkeitsgehalt zeigten folgende
durchschnittliche Härtewerte:
Birke 200 kp/cm2
Kiefer 154 kp/cm2
Ein Birkenholzblock von 8-20-50 mm Größe
wurde mit einer Lösung folgender Zusammensetzung getränkt:
Gewichtstciic
Gewichtstciic
Styrol 84
Divinylbenzol (53prozentig) 4
handelsübliches Polybutadien 10
Acrylsäure 2
Mcthyläthylketonperoxid (60%ig) 1,5
Die Viskosität der Lösung betrug 3,46 cSt/20' C. Das Tränken erfolgte bei Zimmertemperatur in
einem rohrförmigen Glasgefäß, das bis auf 4 Torr evakuiert wurde, wonach die Imprägnierlösung eingelassen
wurde. Dann wurde durch Öffnen eines oberhalb des Imprägnierlösungsspiegcls in das Glasgefäß
mündenden Ventils die Imprägnicrlösung im Gefäß 15 Minuten mit Umgebungsdruck beaufschlagt. Der
getränkte Holzblock wurde im Heizschrank zuerst 3 Stunden lang einer Temperatur von 105°C und anschließend
3 Stunden lang von 150°C ausgesetzt. Nach der ersten Wärmebehandlung enthielt der
Block 39.9 "/„ Polymeres und hatte eine Härte von
580 kp/cmA Bei der zweiten WärmcbchandIung(150JC)
behielt er seine Farbe und sein Gewicht unverändert, während die Härte auf 890 kp/cm2 stieg. Bei einer
Chloroformextraktion ging von dem im Block enthaltenen Polymeren 3,1 °/0 in Lösung.
Während keiner der beiden Wärmebehandlungen traten Dimensionsveränderungen im Block ein.
Beispiel 1 wurde unter Verwendung von 0,8 Gewichtsteilen Benzoylperoxid statt des Methylälhylperoxids
wiederholt.
Die Härte des Produkts nach der ersten Wärmebehandlung (105"C) betrug 890 kp/cm8 und der Gehalt
an Polymeren 39,2%· Bei der Wärmebehandlung
bei 1500C stieg die Härte auf 1115 kp/cm2, während
das Gewicht unverändert blieb. Von dem Polymeren im Block gingen 3,1 °/0 in Chloroform in Lösung.
Zwei Kiefernblöcke von 8 ■ 20 · 50 mm Größe wurden 24 Stunden lang bei 105 C getrocknet und anschließend
in heißem Zustand mit der Imprägnierlösung von Beispiel 1 imprägniert und analog Beispiel
1 weiterbehandelt. Die Blöcke hatten nach der Polymerisation eine Härte von 475 bzw. 285 kp/cm?
und nach der Wärmebehandlung bei 150 C eine Härte von 615 bzw. 285 kp/cm2. Sie enthielten 40,8 bzw.
19,4°/0 Polymer.
Sowohl dieses Beispiel als auch weitere, entsprechende Versuche mit Kiefer und Fichte bewiesen das
unterschiedliche Absorptionsvermögen dieser beiden Holzarten.
Ein zimmertrockener Birkenholzblock von 8 · 20 · 50 mm Größe wurde unter Anwendung von Vakuum
und Druck mit einer Farblösung imprägniert, die 2% Remazolgelb GR in Wasser enthielt, worauf der Block
2 Tage in Zimmerluft und anschließend 1 Tag lang bei 105° C getrocknet wurde. Der gelbe Block wurde mit
der Imprägnierlösung nach Beispiel 1 imprägniert (1 Stunde Imprägnierdauer). Polymerisieren erfolgte
während 3 Stunden bei 105cC, wonach die Härte des
Blocks 600 kp/cm2 betrug. Eine anschließende 3stündige Wärmebehandlung bei 150 C ließ die Härte auf
840 kp/cm2 steigen. Beim Spalten des Blocks wurde eine gute Erhaltung der Färbung auch im Innern des
Blocks festgestellt.
Deckel und mit den erforderlichen Meßinstrumenten und Ventilen ausgerüstet war.
Der Behälter wurde bis zur Hälfte mit Versuchskörpern gefüllt, die mit einem Gerüst gegen die Behälterdeckc
abgestützt wurden. Der Behälter wurde bis auf 5 Torr evakuiert und die Tränkflüssigkeit eingeleitet,
wonach über die flüssigkeit Stickstoff bis zu einem Druck von 5 atü eingeleitet wurde. Dieser
Druck wurde 4 Stunden lang beibehalten. Die imprägnierten
Körper, von denen ein Teil nach einigen Minuten Abtropfzeit gewogen wurde, wurden im
Heizschrank mittels Zwischenlagen von 1 -1 cm Stärke aus gewöhnlichem Birkenholz derart geschichtet, daß
sie sich nicht berührten. Die Luft im Schrank wurde mit Stickstoff verdrängt und die Temperatur auf 64 C
eingestellt. Die Polymerisation setzte nach 2'/z Stunden ein, worauf die Heizung abgestellt wurde. Nachdem
die Temperatur auf 85°C angestiegen war, wurde in den Schrank ein langsamer Stickstoffstrom von
Zimmertemperatur geleitet und das austretende Gas in eine Kühlvorrichtung geführt, wo sich die Monomerendämpfe
verdichteten. Die Höchsttemperatur von 106"1C wurde nach 4 Stunden, 20 Minuten erreicht und
anschließend 30 Minuten beibehalten. Wägungen eras wiesen, daß 4,7 bis 5,4% der in den Versuchskörpern
enthaltenen Tränkflüssigkeit während des Polymerisationsvorgangs verdunstet oder auf den Boden des
Schranks getropft waren. Die Dimensionen der Versjchskörper
waren den ursprünglichen gleich.
Bei der Nacherhitzung bei 150°C von 3 Stunden Dauer hielten sich die Dimensionen, Farbe und Gewichte der Versuchskörper unverändert mit Ausnahme einiger geringfügiger Veränderungen. Der durchschnittliche Polymergehalt der Körper betrug 42,3 °/0 und die durchschnittliche Härte 1250 kp/cm2. Bei der Chloroformexlraktion wurden von dem Polymeren in den Körpern 3,0 bis 3,9°/„ gelöst.
Bei der Nacherhitzung bei 150°C von 3 Stunden Dauer hielten sich die Dimensionen, Farbe und Gewichte der Versuchskörper unverändert mit Ausnahme einiger geringfügiger Veränderungen. Der durchschnittliche Polymergehalt der Körper betrug 42,3 °/0 und die durchschnittliche Härte 1250 kp/cm2. Bei der Chloroformexlraktion wurden von dem Polymeren in den Körpern 3,0 bis 3,9°/„ gelöst.
Ein getrockneter Birkenblock von 8-20-50 mm
Größe wurde mit folgender Lösung imprägniert:
Gcwichtsteile
Styrol 68
handelsübliches Polyisobuten
(Molgewicht 3000) 30
Acrylsäure 2
Methyläthylketonperoxid (60°/0ig) 2
Die Imprägnierdauer betrug 20 Minuten. Das Polymerisieren erfolgte bei 105"C während 40 Minuten,
wonach die Härte des Blocks 335 kp/cm2 betrug. Beim Nacherhitzen (3 Stunden, 150'C) stieg die Härte auf
790 kp/cm2. Der Block enthielt 36,6 °/0 Polymer, wovon
84,4 n/o bei einer Chloroformextraktion gelöst
wurden.
60
Bei einem Versuch in größerem Maßstab als die vorigen wurde eine Tränkflüssigkeit nach Beispiel 1 benutzt.
Die Birkenversuchskörper hatten eine Größe von 2,5 · 4,5 ■ 55 cm. Das Imprägnieren erfolgte in
einem nahezu waagerecht liegenden, rohrförmigen Stahlbehältcr mit 229 cm lnnenraumlänge und 25 cm
Innendurchmesser, der mit einem verschließbaren
Beispiel 6 wurde mit folgender Imprägnierlösung wiederholt:
Gewichtsteiie
Styrol 72
Divinylbenzol (53°/„ig) 4
handelsübliches Polybutadien 10
handelsüblicher Diglycidyläther von Bisphenol A 10
Acrylsäure 4
Methyläthylketonperoxid (60°/„ig) 1,5
Die Viskosität der Imprägnierlösung betrug 4,02 cSt/
20 C.
Die fertigen Kunststoffholzkörper hatten einen durchschnittlichen Polymergehalt von 43,9 °/0 und eine
Härte von 1387 kp/cm2. Von den Polymeren in den Körpern wurden 4,2 bis 4,9 °/0 in Chloroform gelöst.
Außer dem Polymergehalt, dem Gehalt an löslichem Polymer und der Härte wurden an den Kunststoffholzkörpern
von Beispiel 6 und 7 auch noch andere Kenndaten bestimmt. Die in nachstehender Tabelle
angeführter. Ergebnisse im Vergleich mit entsprechend
für zimmertrockenes Birkenholz gefundenen Werten zeigen die Besserung einiger wichtiger Gebrauchseigenschaften
des Holzes durch Einwirkung des mit dem Holz kombinierten synthetischen Polymers an.
509 621/292
Bestimmung
Sclilagbiegearbeit in kgm/cni2
Driickbruchfestigkeit in der Faserrichtung in kp/cm-Druckspannung bei 5°/o Zusammendrückung (Druck senkrecht zu
den Fasern) in kp/cm2
Zugfestigkeit in kp/cm2
Elastizitätsmodul in kp/cm -
Driickbruchfestigkeit in der Faserrichtung in kp/cm-Druckspannung bei 5°/o Zusammendrückung (Druck senkrecht zu
den Fasern) in kp/cm2
Zugfestigkeit in kp/cm2
Elastizitätsmodul in kp/cm -
Volumverschleiß in cm5
Wasseraufnahme
Wassergehalt des Körpers in u/,
Wassergehalt des Körpers in u/,
nach 2 Tagen
nach 2 Monaten
nach 2 Monaten
10
Verfahren
Deutsches Verfuhren Deutsches Verfahren
Englisches Verfahren (jedoch Probekörpergrölie 2-2-2 cm)
Deutsches Verfahren
Aus den beiden /erreillfestigkeitsbestimmungen
erhaltenen Werten berechnet
TaberAbraser Model 174; Scheiben CS 17, 1 kg Zusatzgcwiehte,
1000 Umdr.
Lagerung von Körpern von 2 · 2 · 4 cm Größe in Wasser untergetaucht
Unbchandelles
Birkenholz
(Feuern. Cich. bis 7,2"/,,)
0.83 715
91
308
200
200
0.27
37,9 52.2
Polymci halliges Birkenholz
Versueh Nr. 6 |
Versuch Nr. 7 |
1,03 I 620 |
1,32 1 665 |
542 | 445 |
2 407 271 700 |
2 458 256 500 |
0,17 | 0.11 |
3,6 16,0 |
3,2 14,6 |
Bei analog Beispiel 1. jedoch mit einei Mischung \on cidyläthermengen nach den Heispielen einzeln oder
Styrol und Freiradikalkatalysator allein durchgefiihr- im Gemisch zu Styrol bewirkte keine Erhöhung dei
ten Vergleichsversuclien wurden Birkenhol/blöcke mit 30 Härte der Kunststoffhölzer über diese Werte hinaus
35 bis 4Ü°/o Polystyrolgehalt erzielt, die in der Regel Fin Zuwachs der Härte ergab sich vielmehr erst durch
Härten von 300 bis 600 kp/cm"- halter.. Zu.-.ct/cn der Zusatz von fertigem Polymeren, /.. B. von PolybuLv
Divinylbenzol-, Acrylsäure- oder Bisphenol A-Digly- dien.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoff holz
hoher Härte durch Imprägnieren des Holzes mit einer polymerisjerbaren Stoffmischung, die mindestens
40 Gewichtsprozent eines Monomeren mit einer Doppelbindung, einen Freiradikalkatalysator
und gegebenenfalls brückenbildende Substanzen mit zwei oder mehreren Doppelbindungen und
polare Zusatzstoffe zur Unterstützung der Löslichkeit des Katalysators enthält, unter Durchführung
einer ersten Polymerisation, durch Erhitzen des imprägnierten Holzes auf Polymerisationstemperatur
unter Vermeidung eines Anstiegs der Temperatur auf über IiO C und gegebenenfalls Erhitzen
des Holzes nach beendeter Polymerisationsreaktion auf höchstens 160"C, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Imprägnierlösung verwendet wird, die zusätzlich ein im verwendeten Monomeren lösliches, gesättigtes oder ungesättigtes
Additionspolymer enthält.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer Styrol und als Additionspolymerisat
ungesättigtes Homo- odei Copolymer von Butadien oder gesättigtes Polymerisat
von Isobuten verwendet wird.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |