DE1642190C3

DE1642190C3 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffholz hoher Härte

Info

Publication number: DE1642190C3
Application number: DE19671642190
Authority: DE
Inventors: Viljo Helsinki Tammela
Original assignee: Fortum Oil Oy
Current assignee: Fortum Oil Oy
Priority date: 1966-12-22
Filing date: 1967-12-21
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DK131099C; SE324054B; GB1151666A; DK131099B; DE1642190A1; FI40224B; DE1642190B2; NO124100B; FR1568839A

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 160^c 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 105^cC 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

Beispiel!

Ein Birkenholzblock von 8-20-50 mm Größe wurde mit einer Lösung folgender Zusammensetzung getränkt:
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(150^JC) 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 2

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.

Beispiel 3

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.

Beispiel 4

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 105^cC, 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.

Beispiel 5 Beispiel 6

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.

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 7

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 -

Volumverschleiß in cm⁵

Wasseraufnahme
Wassergehalt des Körpers in ^u/,

nach 2 Tagen
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

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

Patentansprüche:

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.