DE60012564T2

DE60012564T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Holz oder ähnlichen Materialien

Info

Publication number: DE60012564T2
Application number: DE60012564T
Authority: DE
Inventors: Henri Bailleres; Jean-Michel Meot; Olivier Vitrac; Anne-Lucie Wack
Original assignee: CT DE COOPERATION INTERNAT EN; Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Current assignee: CT DE COOPERATION INTERNAT EN; Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: DE60012564D1; ES2225274T3; AU1869801A; EP1232047A1; CA2392159A1; EP1232047B1; ATE271959T1; CA2392159C; FR2801241B1; WO2001038055A1; FR2801241A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung und Imprägnierung, im wesentlichen durch Eintauchen, von Holz oder ähnlichen holzartigen Materialien.
Es gibt zahlreiche Verfahren zur Konservierung von Holz, um dessen Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch biologische Faktoren, wie Termiten oder andere holzfressende Insekten oder (Raum-, Faser- oder Weich-) Fäule zu verbessern. Sie unterscheiden sich einerseits durch das verwendete Imprägnierungsmittel oder die verwendete Imprägnierungslösung und andererseits durch das Verfahren, welches ermöglicht, dieses Mittel (oder die Imprägnierungslösung) in die zu behandelnden Holzteile oder -strukturen einzubringen und darin zu fixieren.
Die Patentanmeldung EP-A-956 934 beschreibt ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit einem Mittel zum Schutz gegen Termiten und Pilze vom Typ Arylpyrazol, bei dem das Holz, um ihm Feuchtigkeit und Öle zu entziehen, auf 350°C erhitzt wird, indem es in einem Ofen für 5 Minuten unter Inertgasatmosphäre gebracht wird; das Holz wird anschließend bis auf 20°C abgekühlt und für eine Stunde in eine wäßrige Lösung eingetaucht, welche das Schutzmittel enthält.
Ein weiteres Verfahren zum Imprägnieren von Holz ist in der Patentanmeldung CA-A-976 813 erwähnt.
Die Imprägnierung von Holz mit Schutzmitteln hängt von dessen Zusammensetzung und Struktur ab. Die Imprägnierfähigkeit ist von einer Art zur anderen sehr veränderlich; Buche, Ahorn und Weißbuche werden in der Gesamtheit imprägniert, während der Kern anderer Arten schwer zugänglich ist, und einzig und allein das Splintholz wesentlich mit Schutzmitteln imprägniert werden kann. Schließlich können einige Arten, wie beispielsweise die Tanne, die Fichte oder die Douglasie, sehr schwer imprägniert werden.
Die Wirksamkeit einer Imprägnierbehandlung kann sowohl durch die Menge als auch durch die Eindringtiefe des in dem Holzteil aufgenommenen Schutzmittels beurteilt werden. Unter den Verfahren, die eine geringe Eindringtiefe gewährleisten, seien insbesondere folgende genannt: Die äußere Anwendung des Konservierungsmittels mit Hilfe eines Pinsels, durch Besprühen oder Zersträuben, durch direktes Eintauchen in die Behandlungslösung, welche das Schutzmittel enthält. Die Erhöhung der Eindringtiefe und der imprägnierten Mengen wird im Allgemeinen mittels einer Behandlung im Autoklaven erzielt, wie beispielsweise des Verfahrens, das in dem Dokument „Guide de la préservation du bois" („Holzschutz-Führer"), Michel RAYZAL, März 1998, Centre technique du bois et de l'ameublement (CTBA) (Technisches Zentrum für Holz und Möbel") – 75012 PARIS, Seiten 62–67 beschrieben ist.
Der hauptsächliche Nachteil dieser Behandlungen liegt in der Verwendung eines Raumes und von Pumpen, welche die Realisierung von Vakuum-Druck-Zyklen ermöglichen, deren Investitions- und Betriebskosten (im Wesentlichen Energie) hoch sind. Des Weiteren erfordert die Realisierung einer gegebenen Imprägnierungsqualität ein vorheriges Trocknen des Holzes, das hinsichtlich Energie kostspielig und langwierig ist, sowie ein schwieriges Steuern und Kontrollieren der Druck- und Vakuum-Zyklen.
Die Behandlungszeiten im Autoklaven sind außerdem lang (mehrere Stunden) und erfordern ein langes Stillegen der Einrichtungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Holz sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, die dessen Durchführung ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Nachteile der vorbekannten Verfahren – wenigstens zum Teil – zu beheben.
Bei einem Verfahren zur Behandlung eines Holzteils gemäß der Erfindung wird das genannte Teil erhitzt, um ein intensives Verdampfen eines Teils des in dem Material enthaltenen Wassers zu erzielen. Bevor der Wassergehalt im Kern des Teils unter dem Sättigungspunkt der Fasern liegt (d.h. in einem Bereich zwischen 20 % und 60 %, insbesondere zwischen 30 % und 40 % Masse/Trockenmasse liegt), wird das Teil durch In-Kontakt-Bringen mit einem „kalten" flüssigen Medium (dessen Temperatur weit unter der Siedetemperatur von Wasser bei Arbeitsdruck liegt), welches das oder die Schutzmittel enthält, plötzlich abgekühlt. Dieser letzte Schritt erfolgt vorzugsweise durch Eintauchen in ein (flüssiges) Bad aus der Lösung, mit der das Teil imprägniert werden soll.
Es wurde experimentell festgestellt, daß während dieses Abkühlens die Behandlungsflüssigkeit bis zu einer bedeutenden Tiefe in das Holzteil eindringt. Dieses Eindringen ergibt sich aus dem hohen Unterdruck, welcher durch die starke Kondensation des zuvor erzeugten Restdampfes erzeugt wird. Die auf diese Weise geschaffene Saugfähigkeit (oder Ansaugfähigkeit) ermöglicht die hohe Imprägnierung der anfänglichen oder durch den Austritt des Wassers während des ersten Schritts verbliebenen Lücken.
Mit anderen Worten gesagt beruht die Erfindung auf der Erzeugung eines (durch das intensive Verdampfen bewirkten) hohen Druckverlustes in den Geweben des Holzes in Anwesenheit hoher Wärmeflußdichten und einer Temperatur des Materials, die über der Siedetemperatur von Wasser bei Arbeitsdruck liegt oder gleich dieser ist. Dieser erste Schritt ist gefolgt von einem schnellstmöglichen In-Kontakt-Bringen mit der Behandlungslösung bei einer Temperatur, die weit unter der Siedetemperatur des Wassers liegt. Auf den inneren Überdruck des ersten Schritts folgt ein Unterdruck während des zweiten Schritts, der eingesetzt wird, um die Poren und Gefäße des Holzteils durch kapillare Strömung der mit seiner Außenseite in Kontakt befindlichen Behandlungslösung zu imprägnieren.
Zu diesem Zweck ist es notwendig, das ausgedehnte In-Kontakt-Bringen des erhitzten Teils während dessen Überführen in das das oder die Schutzmittel enthaltende Abkühlungsbad mit einer nicht behandelnden Zwischenphase (gasförmig, insbesondere mit der Umgebungsluft) zu vermeiden, die anstelle des Behandlungsproduktes die Gefäße des Holzes „füllen" könnte. Dieses Überführen soll vorzugsweise in weniger als 30 Sekunden, insbesondere in weniger als 10 Sekunden, beispielsweise in weniger als 3 oder 5 Sekunden erfolgen. Diese Folge kann, falls erforderlich, dadurch begrenzt, ja sogar vermieden werden, daß die Enden des zu behandelnden Teils, an denen die Längsfasern des Holzes glatt abschließen und die Gasen und Flüssigkeiten geringe Druckverluste bieten, undurchlässig gemacht oder überzogen werden; dies begünstigt außerdem das Erzeugen eines Überdrucks in dem Holzteil durch das Erhitzen. Ebenso ermöglicht die Tatsache, daß die Temperatur der von dem Material bei dessen Überführen durchlaufenen Umgebung, durch Zerstäuben von Flüssigkeit, Heißluft, Dampf oder durch ein ergänzendes Erhitzen (durch Infrarot, hohe Frequenzen, Mikrowellen) auf einer Temperatur gehalten wird, die über der Siedetemperatur des Wassers (bei Arbeitsdruck) liegt, eine vorzeitige Kondensation des in der porösen Matrix eingeschlossenen Dampfes zu vermeiden. Letzterer kann schließlich dadurch vorgebeugt werden, daß das Material mit der während des ersten Schrittes verwendeten Umgebung mittels einer Gondel, einer Schleuse oder jedweder anderen geeigneten Vorrichtung überführt wird.
Im Gegensatz zu den Verfahren im Autoklaven, die während der Vakuum-Druck-Zyklen die Schwankung des spezifischen Volumens der anfangs in dem Material vorhandenen Gase und folglich eine vorherige Trocknung einsetzen, ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren notwendig, daß die zu behandelnden Teile nicht trocken sind; es ist unerläßlich, daß die zu behandelnden Teile eine Feuchtigkeit von mehr als 25 %, insbesondere in der Größenordnung von 40 % bis 80 % (Masse/Trockenmasse) aufweisen; zu diesem Zweck können die Teile vor der Behandlung durch ausgedehntes Eintauchen in einen Behälter mit flüssigem Wasser bei Umgebungstemperatur gegebenenfalls erneut befeuchtet werden.
Um eine schnelle Abkühlung zu erzielen, wird diese in flüssigem Medium in der Behandlungslösung bei einer Temperatur vollzogen, die weit unter der Temperatur der Oberfläche des erhitzten Holzteils liegt. Der Unterschied zwischen diesen beiden letztgenannten Temperaturen wird im Allgemeinen größer 40°C, insbesondere größer 60°C gewählt. Beim ersten Schritt wird zu diesem Zweck das Holzteil bis zu einer Temperatur erhitzt, die über der Siedetemperatur des Wassers an der Oberfläche liegt (in der Größenordnung von 110 bis 180°C, wenn der Vorgang bei atmosphärischem Druck erfolgt) und bis zu einer Kerntemperatur, die nahe der Siedetemperatur des Wassers liegt (die vom Arbeitsdruck und dem inneren Überdruck abhängt). Beim zweiten Schritt wird die Temperatur des Bades mittels einer Abkühlungseinheit auf einer Temperatur gehalten, die im Allgemeinen unter 90°C bei atmosphärischem Druck, genauer gesagt im Bereich zwischen 10°C und 70°C liegt. Diese Arbeitsschritte, insbesondere der Schritt des Abkühlens, werden vorzugsweise bei atomsphärischem Druck oder bei einem Druck nahe des atmosphärischen Drucks vollzogen. In dem Arbeitsschritte, insbesondere der Schritt des Abkühlens, werden vorzugsweise bei atomsphärischem Druck oder bei einem Druck nahe des atmosphärischen Drucks vollzogen. In dem besonderen Fall, in dem das Erhitzen in einem geschlossenen Raum erfolgt, kann der aus dem Holzteil entweichende Wasserdampf verwendet werden, um eine Erhöhung des Arbeitsdrucks in dem Raum zu bewirken und somit die Erhitzung in dem zu behandelnden Teil zu verstärken; die Kondensation des Dampfs während des zweiten Schritts ergibt sich nun aus dem gleichzeitigen Vorgang des Abkühlens und des Zurückführens auf atmosphärischen Druck (isenthalpische Kondensation des Dampfes in diesem letzten Fall).
Das Behandlungsbad, in dem das schnelle Abkühlen der eingetauchten, zu behandelnden Teile vollzogen wird, kann im wesentlichen aus einer wäßrigen Phase, welcher hydrophile Schutzmittel (wie Kupfer – Chrom – Arsen) zugesetzt sind, aus in Erdöl gelöstem Kreosot, aus einer Emulsion oder Dispersion eben dieser Mittel in wäßrigen oder hydrophoben Phasen oder aus einer Mischung aus organischen Lösungsmitteln bestehen. Jedoch wird die Verwendung eines Bades aus Öl(en) (mineralischen Ölen, pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten), dem hydrophobe Schutzmittel zugesetzt sind, bevorzugt (beispielsweise Pyrethrum und Pyrethrinoide). Die Abkühlung in einem Bad aus Öl(en) ermöglicht, die Kosten der Behandlungslösung erheblich zu senken und ein schnelles Abkühlen, um etwa 50 Grad in weniger als 30 Minuten, insbesondere in weniger als 10 Minuten, unter Bedingungen natürlicher Konvektion (Öle sind Fluide, die höchst wärmedehnbar sind) zu gewährleisten. Um die Zirkulation der Lösung zu erleichtern und um die Behandlung unter den Holzteilen zu vergleichmäßigen (mengenweise Behandlung), wird eine Tangentialbewegung des behandelnden kalten Mediums gegenüber den Teilen bewirkt, entweder durch Bewegen der Teile oder durch Strömung des Bades oder durch eine Kombination dieser Mittel (Bewegen der Holzteile auf Schienen oder Teppichen, das mit einer Rezirkulation der Behandlungslösung in dem Abkühlungsbehälter kombiniert wird).
Nach einem Merkmal der Erfindung dauert die Behandlung insgesamt nicht länger als vier Stunden; beispielsweise liegt die Dauer in der Größenordnung von 30 mn bis 1 Stunde (in Abhängigkeit von den Abmessungen und dem Anfangswassergehalt der zu behandelnden Teile). Jedoch ist es entsprechend dem gewünschten Qualitätsziel (imprägnierte Menge und/oder Eindringtiefe) möglich, die Folge aus Erhitzung und Abkühlung mehrere Male zu wiederholen. Nach der Anisotropie des behandelten Holzes und dem beabsichtigten Ziel (eine Imprägnierung über ein oder die Ende(n), lediglich oberflächliche Imprägnierung) können auch eventuell die Enden des Holzteils (auf chemischem, physikalischem oder mechanischem Weg) teilweise oder vollkommen undurchlässig gemacht werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Erhitzung in Anwesenheit von hohen Flußdichten vollzogen und soll diese zu einem Sieden des Wassers in dem Material führen (d.h. Verdampfen des Wassers im Kern des Materials unter der Wirkung eines hohen Wärmeflusses); die Flußdichten betragen im Allgemeinen wenigstens gleich 10 kW/m² oder gleich 2 MW/m³ und liegen insbesondere im Bereich zwischen 10 kW/m² und 300 kW/m² (Leistung bezogen auf die Außenfläche der behandelten Teile), und/oder im Bereich zwischen 2 MW/m³ und 20 MW/m³ (Leistung bezogen auf das Volumen der behandelten Teile). Das Erhitzen kann durch unterschiedliche Verfahren erzielt werden, die gegebenenfalls kombiniert werden können, diese sind: Strahlung (Infrarot-, Hochfrequenz-, Ultrahochfrequenz-), sehr heißer Luft (beispielsweise Verbrennungsgas) oder überhitztem Wasserdampf aussetzen, Eintauchen in ein Fluid mit hoher Temperatur (zwischen 110 und 300°C bei atmosphärischem Druck), dessen Siedetemperatur weit über derjenigen von flüssigem Wasser liegt; in letzterem Fall werden die Teile vorzugsweise in ein Bad eingetaucht, das ähnlicher Art ist wie das, welches für die Abkühlung verwendet wird, insbesondere ein Ölbad, das auf einer Temperatur zwischen 110 und 250°C bei atmosphärischem Druck gehalten wird.
Für das erhitzende Ölbad kann ein Öl (oder eine Ölmischung) tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Ursprungs verwendet werden, insbesondere gebrauchte Pflanzenöle, Abfallprodukte aus der Lebensmittelindustrie, wie beispielsweise gebrauchte Bratöle. Diese günstigen Produkte werden durch Wärme abgebaut und sind folglich reich an Tensiden (freien Fettsäuren); sie ermöglichen, hydrophile oder hydrophobe Schutzprodukte in gleicher Weise in dem Abkühlungsbad zu verwenden.
Ebenso ermöglicht die Verwendung eines Öls oder einer die gleiche hydrophobe Eigenschaft aufweisenden Behandlungslösung für den Abkühlungsschritt, die Kosten der Imprägnierungslösung erheblich zu senken und das behandelte Holz vor einer späteren erneuten Befeuchtung und deren Folgen bei einem Einsatz draußen zu schützen (Trocknungs-Wiederbefeuchtungs-Zyklen). Diese Folgen sind für das Auftreten und Ausbreiten von Schlitzen am Umfang des behandelten Holzes verantwortlich und bilden bevorzugte Wege für das Eindringen von biologischen, holzschädigenden Faktoren.
Öl wird wegen seiner ausgezeichneten Eigenschaften als Wärmeübertragungsmittel in zweiphasigem Medium (d.h. in Anwesenheit von Dampf) während des ersten Schritts verwendet. Bei hoher Temperatur kann dieser erste Schritt von der starken Fixierung der Fettsäuren des Bades an den Zellulosen und Hemizellulosen des Holzes begleitet sein, eine Reaktion, die für den Schutz des Holzes sehr günstig ist. Während des Abkühlungsschrittes vermindert die Imprägnierung des Materials mit durch Wärme abgebauten Substanzen, wie Bratölen, erheblich die biologische Verfügbarkeit des Holzsubstrats für Mikroorganismen und Insekten. Außerdem bietet die Verwendung von Ölen Absatzmärkte für wenig verwertete Abfallprodukte der Lebensmittelindustrie und ermöglicht, das Material mit biologisch abbaubaren Substanzen zu imprägnieren, die eine bessere Verträglichkeit der Materialien mit der Umwelt bei deren Verwendung oder Recycling ermöglichen werden.
Der Einsatz eines „Brat"-Schrittes des Holzes (der aufgrund der Ähnlichkeit mit der Verwendung der Öle im Lebensmittelbereich so benannt ist), an den sich schnell ein Eintauchen in das Medium (die Lösung) anschließt, mit dem bzw. der das Material (Holz) imprägniert werden soll, ermöglicht, gleichzeitig folgendes zu vollziehen:

– ein Trocknen, gar ein ergänzendes Trocknen des Materials,
– eine leichte Wärmebehandlung, die zu einer Entspannung der mechanischen Spannungen in dem Material sowie zu einem leichten Rösten des Holzes führt (wodurch es möglich ist, eine teilweise Reduzierung der Nahrungsreserven zu erzielen, nach denen die für die Zerstörung des holzartigen Materials verantwortlichen Organismen suchen),
– eine Tiefenimprägnierung, welche nicht die Anwendung eines Druckänderungszyklus des das zu behandelnde Teil umgebenden Mediums erfordert, wie dies in einem Autoklaven der Fall ist.

Verglichen mit den anderen Arten des flächenbezogenen Erhitzens (Infrarot, überhitzter Wasserdampf) oder des volumenbezogenen Erhitzens (Mikrowellen, Hochfrequenzen), ist der Schritt des Eintauchens in ein Bad, das auf eine Temperatur über der Siedetemperatur des Wassers gebracht wird, für das vorgeschlagene Imprägnierungsverfahren interessant, da er folgendes ermöglicht:

– hohe, von dem Material aufgenommene Wärmeflüsse (die hohe Verdunstungsleistungen sowie einen (vorübergehenden) hohen Überdruck in dem Material ermöglichen),
– eine schnelle Behandlung (zwischen einigen Minuten und mehreren zehn Minuten),
– eine leichte Durchführung,
– die direkte Behandlung von frischen Hölzern (d.h. feuchten und nach dem Stande durch die zuvor beschriebenen Verfahren nicht imprägnierbaren Hölzern),
– die Wärmebehandlung und die erzeugten Spannungen sind in der Lage, die Imprägnierbarkeit des Materials durch kontinuierliches Öffnen des Zellnetzes (Deckelöffnung...) zu verbessern,
– geringe Investitions- und Betriebskosten.

Der Schritt des Eintauchens in die Behandlungslösung nach dem teilweisen Verdampfen des in dem Material enthaltenen Wassers ermöglicht:

– die Verwendung eines dynamischen Unterdrucks aufgrund der Änderung des Flüssigkeits-Dampfgleichgewichts während des Abkühlens,
– eine Tiefenimprägnierung in Anwesenheit hoher Druckgradienten, die durch die herkömmlichen Verfahren schwer zu erzeugen sind,
– eine Verkürzung der Behandlungsdauer,
– ein verringerte Investition, eine leichte Durchführung,
– die Verwendung einer großen Mannigfaltigkeit von (wäßrigen oder hydrophoben) Imprägnierungslösungen, wozu Öle und Alkohole gehören, die bei den herkömmlichen Vakuum-Druck-Verfahren im Autoklaven schwer einsetzbar sind (im Falle der Verwendung von Alkohol, dem Schutzmittel zugesetzt sind, kann das Vektor-Lösungsmittel sekundär durch Lufttrocknung entfernt werden).

Nach einem weiteren Aspekt beruht die Erfindung auf einer Vorrichtung zur Behandlung von Holz, welche folgendes aufweist:

– Mittel zum Erhitzen von Holzteilen in Anwesenheit hoher Wärmeflußdichten in einem ersten Raum oder Behälter,
– Mittel zum schnellen Abkühlen von Holzteilen, das in einem (zweiten) Raum oder Behälter, der sich vorzugsweise von dem ersten Raum oder Behälter unterscheidet, durchgeführt wird,
– Mittel zum schnellen Überführen (Bewegen) der Holzteile von dem Raum (oder Behälter), in dem das Erhitzen erfolgt, in den Raum (oder Behälter), in dem das Abkühlen vollzogen wird.

In dem Fall, in dem das Erhitzen und/oder Abkühlen durch Eintauchen der Holzteile in ein Bad erfolgen, weist jeder das Bad aufnehmende Behälter Mittel auf, um die Holzteile vollständig eingetaucht zu halten (wobei die Schwimmfähigkeit des Materials von der Zusammensetzung des Materials und vor allem von seinem Wassergehalt abhängt). Diese Vorrichtungen können fest oder beweglich sein; in letzterem Fall dienen sie auch zum Bewegen der Teile in dem Bad. Die beiden Behälter (oder Gefäße) sollen vorzugsweise angrenzend sein; sie können dadurch erhalten werden, daß ein Behälter mit einer Trennwand ausgestattet wird, die das Erhitzungsbad physikalisch und wärmetechnisch von dem Abkühlungsbad isoliert. Diese Trennung kann vollständig oder teilweise sein. In letzterem Fall kann das Überführen der Teile von dem ersten in das zweite Bad ohne Kontakt mit der oberhalb der Bäder vorhandenen Gasatmosphäre erfolgen; zu diesem Zweck kann die Vorrichtung eine Schleusenkammer (oder „Schleuse") aufweisen, die mit Vorrichtungen ausgestattet ist, um die Teile während ihrer Überführung eingetaucht zu halten. Die Behälter sind vorzugsweise, wenigstens zum Teil, durch eine Abdeckhaube bedeckt, die ermöglicht, erneut einen Einschließungsraum in leichtem Überdruck auszubilden. Dieser ermöglicht i) die Imprägnierung während des Abkühlungsschrittes zu maximieren, ii) die Risiken eines Spritzens zu begrenzen, iii) die Temperatur der von dem Material während seiner Überführung (wenn sie in Gasphase erfolgt) durchlaufenen Atmosphäre zu erhöhen und die Luftzirkulation zu begrenzen, die eine vorzeitige Kondensation des in dem Material vorhandenen Dampfes bewirken könnten, iv) eine eventuelle Besprengung des Materials mit überhitztem Wasserdampf, sehr heißer Luft, Hochtemperaturöl zu vollziehen. In allen Fällen sollen die Vorrichtungen und deren Bedienung ermöglichen, den Überdruck in dem Holzmaterial aufrechtzuerhalten und auf diese Weise das Füllen der Gefäße durch eine Gasphase während des Überführens zu begrenzen.
Nach einem weiteren Aspekt beruht die Erfindung auf einem Holzteil, das direkt oder indirekt durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhalten werden kann, wovon wenigstens ein Teil (oder Umfangsschicht) mit einem Konservierungsmittel imprägniert ist; der genannte Teil oder die Schicht ist mit einem Imprägnierungsvektor imprägniert, welcher aus mineralischen Ölen, tierischen Ölen, pflanzlichen Ölen, Lösungsmitteln (Kreosot, Teer, mineralischen Ölen, die aus der Fraktionierung von Erdölerzeugnissen stammen, Pflanzenextrakten in mineralischen oder nicht mineralischen Lösungsmitteln) ausgewählt ist; darüber hinaus kann eine) Oberflächenteil (-schicht) infolge einer flächenbezogenen Erhitzung, insbesondere in einem Ölbad mit hoher Temperatur (zwischen 110 und 250°C bei atmosphärischem Druck) geröstet werden (Teilkarbonisation). Im Allgemeinen liegt der durchschnittliche Wassergehalt des Teils (insbesondere der teilweisen Umfangsschicht) unter 0,3 kg oder 0,4 kg Wasser pro kg nicht ölhaltiger. Trockenmasse, insbesondere ist er geringer als 0,1 kg/kg. Der durchschnittliche Gehalt an Imprägnierungslösung (insbesondere Öl) der genannten imprägnierten Schicht wird im Allgemeinen in der Größenordnung von 0,05 bis 2 kg Öl pro kg nicht ölhaltiger Trockenmasse liegen. Die Dicke der imprägnierten Schicht liegt in der Größenordnung von 1 bis 100 mm entlang der Schnittrichtung der Holzteile in bezug auf die Ausrichtung der zellförmigen Elemente des Holzes, insbesondere in der Größenordnung von 5 bis 50 mm für ein Rundholz mit einem Durchmesser von 200 mm. Die durchschnittliche Dicke der gerösteten Oberflächenschicht, die gekennzeichnet ist durch eine Veränderung der Hemizellulosemoleküle und Moleküle amorpher Zellulose (signifikante Verringerung der Anzahl von Hydroxylgruppen verbunden mit einer Teilvernetzung) sowie durch das Auftreten von Pyrolyseprodukten, kann in der Größenordnung von 0,5 bis 2 cm liegen (sie hängt sehr stark von den Behandlungszeiten und -temperaturen ab).
Weitere Vorteile sowie Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung verstanden, welche sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, die in keiner Weise einschränkend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
Die 1 bis 6 zeigen schematisch 6 Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäß der vorgeschlagenen Erfindung, 7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines nach der Erfindung behandelten Holzteils.
Eine jede der Vorrichtungen 1 weist einen Behälter 2 auf, welcher das Bad 3 zum Erhitzen der Holzteile 4 enthält, sowie einen Behälter 5, welcher das Bad 6 zum Abkühlen und Behandeln eben dieser Teile enthält.
Zu diesem Zweck ist der Behälter 2 mit einem Wärmetauscher 7 ausgestattet, der über Leitungen 50 an eine (nicht dargestellte) Vorrichtung zum Erhitzen eines in dem Austauscher 7 und den Leitungen 50 zirkulierenden Wärmeübertragungsmittels angeschlossen ist.
In ähnlicher Weise ist der Behälter 5 mit einem Wärmetauscher 8 ausgestattet, der über Leitungen 51 an eine (nicht dargestellte) Einheit zum Abkühlen eines in dem Austauscher 8 und den Leitungen 51 zirkulierenden Kälteträgers angeschlossen ist.
Um die Holzteile (wie Bretter, Balken, Pfähle oder Pfosten) in jedem Bad 3, 6 eingetaucht zu halten, ist jeder Behälter 2, 5 jeweils mit einem Organ 10, 12 ausgestattet, welches das Eintauchen sicherstellt.
Dieses Organ 10, 12 kann fest sein und in Form einer Schiene vorliegen, die an der Oberfläche des Bades glatt abschließt oder in dieses eingetaucht ist; alternativ hierzu kann dieses Organ beweglich sein und in Form eines Förderbands, eines Ketten- oder Seilförderers vorliegen; in diesem Fall kann es mit vorspringenden Elementen versehen sein, die Finger bilden, welche geeignet sind, die Teile 4 in den Bädern in Bewegung zu bringen, wie dies durch die Pfeile 11, 13 schematisch dargestellt ist.
Ein oder zwei Förderer 14a, 14b, 14c (1 und 3) ähnlicher Struktur kann bzw. können eingesetzt werden, um die Teile 4 schnell von Bad 3 in Bad 6 zu überführen; ein jeder dieser Förderer enthält ein Seil 52, das mit Fingern 53 zum Antreiben der Teile 4 versehen ist; in herkömmlicher Weise erstreckt sich jedes als geschlossene Schleife ausgebildetes Seil zwischen zwei Scheiben oder Rollen, die durch ein Betätigungsgerät entlang von Achsen, welche zu der Ebene der Figuren senkrecht verlaufen, drehangetrieben werden.
Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform wird ein solcher teilweise in das Bad 3 eingetauchter Förderer 14a eingesetzt, um die Teile 4 entlang einer geneigten Wand 54 des Behälters 2 derart zu bewegen (Pfeil 55), daß sie in das Bad 6 hineinfallen (Pfeil 56).
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform überführen zwei Förderer 14b, 14c die Teile 4 von Behälter 2 in Behälter 5 auf ähnliche Weise durch Gleiten und/oder Rollen auf den geneigten Wänden 54, 57 (ansteigend bzw. abfallend) dieser beiden Behälter; die Behälter sind durch den gemeinsamen oberen Rand der zwei Wände 54, 57 aneinandergefügt.
In der in 4 dargestellten Variante erfüllt ein einziger Förderer 14, dessen Mittelteil des Längsprofils gekrümmt ist, um sich im wesentlichen parallel zu den geneigten Wänden 54, 57 zu erstrecken, über welche die Behälter verbunden sind, gleichzeitig die Aufgabe, die Teile 4 in den Bädern 3, 6 in Bewegung zu versetzen, diese Teile in diesen Bädern eingetaucht zu halten und die Teile vom ersten Bad in das zweite Bad zu überführen.
Gemäß einer nicht dargestellten Variante können eine oder mehrere Pumpen und/oder Rührgeräte zur Relativbewegung der Holzteile mit der Behandlungslösung beitragen.
Wie insbesondere in den 1 bis 4 dargestellt, bedeckt eine Abdeckhaube 16, die mit einer Düse 18 zum Einspritzen (Pfeil 58) eines heißen Gases ausgestattet ist, den Transferbereich 9 zwischen den Behältern.
Das Erhitzen der Teile 4 kann durch Einwirken einer Vorrichtung, wie beispielsweise die das Bezugszeichen 17 tragende Vorrichtung, die in den durch die Abdeckhaube 16 und die Behälter 2, 5 begrenzten Behandlungsraum 59 Mikrowellen oder Infrarotstrahlung aussendet, erzielt und/oder vervollständigt werden.
In der in 2 dargestellten Variante wird das Überführen von einem Behälter in den anderen durch Verschwenken 60 eines am Ende eines Arms 63 angebrachten Korbes 62 entlang der Achse 61 (welche zu der Ebene der Figur senkrecht verläuft) erzielt.
In der in 5 dargestellten Variante erfolgt dieser Transfer durch ein ähnliches Verschwenken einer teilweise eingetauchten Schleusenkammer, die vier Flügel 64 aufweist, deren Querprofile ein Kreuz bilden; die Enden der beiden am unteren Teil befindlichen Flügel gleiten bei Verschwenken der Schleusenkammer entlang einer Wand 65 in Form eines Zylinderabschnitts mit horizontaler Achse, wobei sich die genannte Wand am oberen Ende einer die Behälter 2, 5 trennenden Trennwand 66 erstreckt; der Raum 67, welcher durch die zwei unteren Flügel und die Wand 65 begrenzt ist, eignet sich für die Aufnahme von einem oder mehreren Teilen) 4; die Rotation der Flügel der Schleusenkammer entlang des Pfeils (entgegen dem Uhrzeigersinn) bewirkt, daß die Teile ohne hervorzutauchen von dem Bad 3 in das Bad 6 überführt werden.
Die in 6 gezeigte Vorrichtung enthält zwei Gefüge, die demjenigen der 3 ähnlich sind, die aneinander angeordnet und durch eine zusätzliche, mit einem Schutzaufbau 16, 18 bedeckte Transfervorrichtung verbunden sind; diese Vorrichtung ermöglicht eine Behandlung mit nacheinander einem ersten Erhitzen, einer ersten Abkühlung, einem zweiten Erhitzen und einem zweiten Abkühlen.
Der Querschnitt eines behandelten Pfostens mit der Achse 4b, welcher in 7 dargestellt ist, zeigt die imprägnierte Schicht 4c der Dicke 4d, wozu der geröstete Umfangsteil 4e der Dicke 4f gehört.
Beispiel 1:
Um einen Satz von 3 entrindeten Douglasien-Pfählen mit einem Durchmesser von 0,15 m und einer Länge von 1,5 m zu behandeln, deren anfänglicher Wassergehalt nahe 100 % (kg/kg Trockenmasse) lag, wurden zwei Rapsölbäder verwendet, die auf 180°C bzw. 35°C bei atmosphärischem Druck gehalten wurden. Die Pfähle, deren Enden durch Eintauchen in Teer zuvor undurchlässig gemacht worden sind, wurden für 60 Minuten in das Erhitzungsbad eingetaucht, wobei darauf geachtet wurde, daß durch natürliche Konvektion eine leichte Zirkulation des Öls zwischen den Pfosten ermöglicht und eine wirkungsvolle Kompensation des Temperaturabfalls des Bades sichergestellt wurde. Die Pfähle, die an ihren Enden durch Metallrahmen eingefaßt waren, wurden mit Hilfe von Ketten in das Bad eingetaucht gehalten und durch die gleiche Vorrichtung aus dem Bad herausgezogen. Das Überführen in das Abkühlungsbad erfolgte mit einem Übergang in der Luft in der Größenordnung von 5 Sekunden. Das Material blieb etwa dreißig Minuten in die Behandlungslösung eingetaucht, wobei darauf geachtet wurde, daß die Erhitzung des Abkühlungsbades diesseits von 50°C begrenzt wurde. Dieses rot bis Sudanrot gefärbte Bad enthielt als Schutzmittel Pyrethrum.
Nach Verlassen des Bades und Abtropfen (ohne Trocknen) wurde in einem Querschnitt des Pfahls eine Imprägnierung des Holzes durch das gefärbte Öl und das Schutzmittel über eine Tiefe von 3 bis 6 cm (in allen Fällen ist das Splintholz vollständig mit gefärbtem Öl imprägniert), je nach Zustand der Außenfläche, sowie eine leichte Röstung über eine Tiefe von maximal 5 mm festgestellt.
Beispiel 2:
Beispiel 1 wurde mit folgenden Unterschieden wiederholt:

– ein Abkühlungsbad enthaltend eine mit Methylenblau gefärbte wäßrige Lösung aus Chrom, Kupfer, Arsen,
– ein auf 20°C gehaltenes Abkühlungsbad.

In diesem Fall wurde eine Tiefe der Imprägnierung mit Schutzlösung in der Größenordnung von 2 bis 6 cm sowie eine Oberflächenröstung über eine Dicke gleicher Größe festgestellt.

Claims

Verfahren zur Behandlung von Teilen (4) aus Holz, wie Brettern, Balken, Pfählen oder Pfosten, mit einem wasserabweisenden Holzschutzmittel, mit einem Erhitzungsschritt durch Eintauchen der Teile in ein Ölbad, an den sich ein Abkühlungsschritt der Teile durch In-Kontakt-Bringen mit einem das genannte Mittel enthaltenden Ölbad (6) anschließt, bei dem Teile behandelt werden, deren Feuchtigkeit über 25 Massenprozent liegt, und zu diesem Zweck werden die Teile (4) vor dem Erhitzen gegebenenfalls befeuchtet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß – die Intensität des Erhitzens des Erhitzungsölbades wenigstens gleich 10 kW pro m² Außenfläche der behandelten Teile oder 2 MW pro m³ Volumen der behandelten Teile beträgt, um ein intensives Verdampfen des in den Teilen enthaltenen Wassers zu erzielen, – die Teile in ein sogenanntes Abkühlungsölbad überführt werden, wobei sie in einem Raum (16, 59) eingeschlossen werden, um einen Überdruck in den Teilen aufrechtzuerhalten, und wobei ein ausgedehntes In-Kontakt-Bringen der erhitzten Teile mit einem nicht behandelndem Medium, wie der Umgebungsluft, vermieden wird, – und daß die Bäder zum Erhitzen und zum Abkühlen eine Zusammensetzung auf der Basis von Pflanzenöl haben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur der von den Teilen durchlaufenen Umgebung, bei deren Überführen in das Bad, durch ein ergänzendes Erhitzen auf einer Temperatur gehalten wird, die über der Siedetemperatur des Wassers liegt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Teile mit der während des Erhitzungsschrittes verwendeten Umgebung mittels einer Gondel, einer Schleuse oder jedwedem anderen geeigneten Mittel überführt werden.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Teile (4) aus Holz behandelt werden, deren Feuchtigkeit in der Größenordnung zwischen 40 und 80 Massenprozent (bezogen auf die Trockenmasse) beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Erhitzen und das Abkühlen durch aufeinanderfolgendes Eintauchen in zwei Ölbäder (3, 6) erzielt wird, wobei das Überführen der Teile (4) vom ersten Bad in das zweite Bad in weniger als 30 Sekunden vollzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das erste Bad auf einer Temperatur zwischen 110°C und 250°C gehalten wird, und bei dem das zweite Bad auf einer Temperatur von unter 90°C gehalten wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor dem Erhitzen die Enden der Teile (4), an denen die Längsfasern des Holzes glatt abschließen, undurchlässig gemacht oder überzogen werden, um das Erzeugen eines Überdrucks in den Teilen (4) durch den Schritt des Erhitzens zu begünstigen und um das In-Kontakt-Bringen der Teile mit einer nicht behandelnden Phase zu begrenzen.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Dauer der Behandlung in der Größenordnung zwischen 30 Minuten und 4 Stunden liegt und bei dem die Dauer des Abkühlens länger ist als die Dauer des Erhitzens.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Heizleistung flächenbezogen mit Flußdichten zwischen 10 und 300 kW/m² durch In-Kontakt-Bringen mit einer heißen Flüssigkeit, durch Infrarotstrahlung, durch In-Kontakt-Bringen mit überhitztem Wasserdampf (zwischen 140 und 300°C) oder heißer Luft (zwischen 150 und 300°C), oder im Volumen durch Strahlung hoher Frequenz oder sehr hoher Frequenz mit Dichten zwischen 2 und 20 MW/m³ zugeführt wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem vom Erhitzen zum Abkühlen übergegangen wird, wenn das Verhältnis der in den Teilen enthaltenen Wassermasse zu der Trockenmasse dieser in einem Bereich zwischen 60 % und 20 liegt.
Vorrichtung zur Behandlung von Teilen (4) aus Holz mit: – einer Vorrichtung (7) zum Erhitzen der Teile (4), – einer Vorrichtung (8) zum Abkühlen der Teile (4) durch Kontakt mit einem Flüssigbad (6), welches ein Holzschutzmittel enthält, wobei die Vorrichtung zur Behandlung dadurch gekennzeichnet ist, daß: – die Vorrichtung zum Erhitzen (7) geeignet ist, einen Fluß von wenigstens gleich 10 kW pro m² Außenfläche der behandelten Teile oder gleich 2 MW pro m³ Volumen der behandelten Teile zu gewährleisten, um ein intensives Verdampfen des in dem Teil enthaltenen Wassers zu erzielen, – und daß sie eine Vorrichtung (9) zum Bewegen der Teile (4) gegenüber den Vorrichtungen (7, 8) zum Erhitzen und zum Abkühlen, sowie einen Einschließungsraum (16, 59) aufweist, welcher ermöglicht, in den Teilen (4) einen Überdruck aufrechtzuerhalten und ein ausgedehntes In-Kontakt-Bringen der erhitzten Teile mit einem nicht behandelndem Medium, wie der Umgebungsluft, zu vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, welche folgendes aufweist: – einen Behälter (2), welcher geeignet ist, ein Bad (3) aufzunehmen, – ein Organ (7) zum Erhitzen des Bades (3), wie einen Austauscher, – ein Organ (10) zum Halten der in das Bad eingetauchten Teile (4), – ein Organ (11) für die Relativbewegung der Teile (4) und des Bades (3), wie eine Pumpe zum Zirkulieren des Bades oder einen Förderer zum Bewegen der Teile, und die weiterhin folgendes aufweist: – einen Behälter (5), welcher geeignet ist, ein Bad (6) aufzunehmen, – ein Organ (8) zum Abkühlen des Bades (6), wie einen Austauscher, – ein Organ (12) zum Halten der in das Bad (6) eingetauchten Teile (4), – ein Organ (13) für die Relativbewegung der Teile (4) und des Bades (6), wie eine Pumpe und/oder einen Förderer, und bei der die Bewegungsvorrichtung (9) einen Förderer (14) oder eine Überladevorrichtung (15) vom Typ Schleusenkammer oder Schleuse umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, die außerdem folgendes aufweist: – eine Abdeckhaube (16) zum teilweisen Begrenzen wenigstens des Behandlungsraumes (2, 5) und der Bewegungsvorrichtung (9), – ein Organ (17) zum kontaktfreien Erhitzen der Teile (4), wie beispielsweise einen Mikrowellen- oder Infrarotstrahlungserzeuger, – ein Organ (18) zum Einleiten eines heißen Gases in den Behandlungsraum (2, 5, 16).
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 13, die wenigstens zwei Behälter (2) zum Erhitzen und wenigstens zwei Behälter (5) zum Abkühlen aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei jedes Paar von angrenzenden Behältern (2, 5) mit einem Mittel zum Überführen der Teile (4) von einem Behälter zum nächsten ausgestattet ist.
Holzteil (4), das durch ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11 erhalten werden kann und von dem wenigstens ein Teil mit einem Schutzmittel und gebrauchtem Pflanzenöl imprägniert ist.
Teil (4) nach Anspruch 15, bei dem der Gehalt an gebrauchtem Öl in dem imprägnierten Teil des Teils (4) in der Größenordnung von 0,05 bis 2 kg Öl pro kg nicht ölhaltiger Trockensubstanz liegt.
Teil (4) nach Anspruch 15 oder 16, das eine geröstete Oberflächenschicht aufweist, deren Dicke in der Größenordnung von 0,5 cm bis 2 cm liegt.
Teil nach irgendeinem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Dicke der imprägnierten Schicht bezogen auf den Halbmesser (oder Äquivalentdurchmesser) eines Querschnitts des Teils zwischen 10% und 100% liegt, und bei dem der Wassergehalt dieser imprägnierten Schicht unter 0,4 kg pro kg Trockensubstanz liegt.