DE202021004188U1

DE202021004188U1 - Beizmittel

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Publication number: DE202021004188U1
Application number: DE202021004188.5U
Authority: DE
Original assignee: Adler Werk Lackfabrik Johann Berghofer & Co KG GmbH; Adler-Werk Lackfabrik Johann Berghofer & Co KG GmbH
Current assignee: Adler Werk Lackfabrik Johann Berghofer & Co KG GmbH; Adler-Werk Lackfabrik Johann Berghofer & Co KG GmbH
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: WO2022069091A1

Abstract

Beizmittel zur Behandlung einer Holzoberfläche, wobei das Beizmittel mehrere Komponenten in wässriger Lösung bzw. Dispersion enthält, wobei die Komponenten wenigstens ein Lichtschutzmittel umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zusätzlich wenigstens ein Reduktionsmittel und wenigstens eine farbgebende Komponente umfassen, wobei das Reduktionsmittel ausgebildet ist, ein Ausbleichen der Holzoberfläche bewirken zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beizmittel, das es erlaubt, Oberflächen von Hölzern und vor allem auch dunklen Hölzern so zu behandeln, dass sie sich bei Licht- und UV-Exposition nicht verfärben oder ausbleichen.
Holzoberflächen werden durch im Sonnenlicht enthaltenes UV-Licht und in geringerem Umfang auch durch den sichtbaren Teil des Sonnenlichts nach und nach geschädigt (C. Schaller, D. Rogez, J. Coat. Technol. Res. 2007, 4, 401-409). Es kommt zu einer Aufrauhung und Verfärbung der Oberfläche. Selbst im diffusen Licht von Innenräumen neigt naturbelassenes oder auch gebeiztes Holz zur Farbänderung.
Um Holzoberflächen gegen eine derartige Lichtschädigung zu schützen, ist es im Stand der Technik üblich, die Holzoberflächen mit einem Lack zu beschichten, der Lichtschutzmittel und Radikalfänger enthält. Für den Einsatz als Lichtschutzmittel in diesem Zusammenhang bekannte organische UV-Absorber haben aber den Nachteil, dass ihre Wirksamkeit im Laufe der Zeit abnimmt und einfallendes UV-Licht die Polymere der Lackmatrix immer mehr in Mitleidenschaft zieht. Zudem sind UV-Absorber nicht in der Lage, den sichtbaren Anteil des Lichts zu absorbieren. Weiterhin sind als Lichtschutzmittel in diesem Zusammenhang Pigmente verwendet worden, die aber den Nachteil haben, dass sie die natürliche Farbgebung des Holzes stören und durch die Streureflexion der Partikel keine hohe Transparenz erzielen. Beispiele für derartige vorbekannte Beizmittel sind in der US 5,171,328 A und der WO 01/85857 offenbart.
In der WO 2002/051558 A1 wird ein Verfahren zur Behandlung einer Holzoberfläche offenbart, bei dem das Holz durch Zerstörung der photoabsorbierenden Ligninfragmente und ein anschließendes Beschichten der Oberfläche mit Klarlack behandelt wird. Veränderungen am Holz werden auch in den Schriften DD 278 983 A1 und DD 238 353 A1 vorgeschlagen, gemäß denen helle Hölzer zur Erhöhung der Lichtechtheit von vornherein mit einem Bleichmittel behandelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Möglichkeit aufzufinden, Oberflächen von Hölzern und vor allem auch dunklen Hölzern so zu behandeln, dass sie sich bei Licht- und UV-Exposition nicht verfärben oder ausbleichen.
Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung ein Beizmittel zur Behandlung einer Holzoberfläche, wobei das Beizmittel mehrere Komponenten in wässriger Lösung bzw. Dispersion enthält, wobei die Komponenten wenigstens ein Lichtschutzmittel, wenigstens ein Reduktionsmittel und wenigstens eine farbgebende Komponente umfassen, wobei das Reduktionsmittel ausgebildet ist, ein Ausbleichen der Holzoberfläche bewirken zu können.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß also gelöst durch die Anwendung eines wässrigen Beizmittels auf einer Holzoberfläche, wobei das Beizmittel neben Lichtschutzmitteln auch Reduktionsmittel und farbgebende Komponenten enthält. Der Auftrag eines derartigen Beizmittels bewirkt sowohl ein Ausbleichen der Holzoberfläche aufgrund des Reduktionsmittels als auch eine Einfärbung aufgrund der farbgebenden Komponente in Form eines oder mehrerer lichtstabiler Farbstoffe bzw. Pigmente. Die Einfärbung überdeckt den verbleibenden Farbton der Holzoberfläche und gleicht die Bleicheffekte aus. Es kommt zu einem Schutz sowohl vor UV-Strahlung als auch vor einer Ausbleichung der lichtempfindlichen Stoffe des Holzes durch sichtbares Licht. Anhand des erfindungsgemäßen Beizmittels ist es daher möglich, in einem einzigen Prozessschritt mit einem einzigen stabilen Produkt reproduzierbar eine geeignete Farbgebung auf einer Holzoberfläche zu erzeugen, die einen späteren Farbdrift vermeidet. Nach einer praktikablen Trockenzeit von wenigen Stunden kann die Oberfläche sowohl mit Lösemittel- aus auch mit wasserbasierten Lacken überlackiert werden.
Bei dem Lichtschutzmittel kann es sich insbesondere um einen Radikalfänger, einen UV-Absorber oder eine Kombination daraus handeln.
Geeignete UV-Absorber umfassen Hydroxybenzophenone, Hydroxyphenyltriazine, Benzotriazole, Zimtsäureester und Oxalanilide. Typische Beispiele sind auf Basis 2-Hydroxyphenylbenzophenon (BP), 2-(2-Hydroxyphenyl)-benzotriazol (BTZ) und 2-Hydroxyphenyl-s-triazin (HPT) hergestellt. Prinzipiell können aber alle Verbindungen verwendet werden, die die Fähigkeit haben, UV-Licht absorbieren.
Geeignete Radikalfänger umfassen sterisch gehinderte Amine (HALS) verwendet, also chemische Verbindungen, die Amine als funktionelle Gruppe enthalten und die als UV-Stabilisatoren wirken. Typische Beispiele umfassen Derivate von Tetramethylpiperidin.
Besonders bevorzugt sind Einsatzmengen von 1 bis 20 Gew.-% des bzw. der Lichtschutzmittel gemessen an der Gesamtmasse des Beizmittels.
Das Reduktionsmittel des erfindungsgemäßen Beizmittels ist ein reduktives Bleichmittel, das in der Lage ist, in Hölzern vorkommende Chinoide, insbesondere verschieden substituierte o- und p-Benzochinone, vorzugsweise auch Naphtochinone und gegebenenfalls Anthrachinone zu reduzieren. Vorzugsweise ist das Reduktionsmittel ferner in der Lage, in Hölzern vorkommende andere α,β-ungesättigte Carbonyle, insbesondere Coniferaldehyd zu reduzieren. Die genannten Chinoide bzw. Carbonyle stellen mit Blick auf die Wichtigkeit für die Farbgebung des Holzes bedeutendsten Holzchromphore dar. Der Reduktion zugänglich sind die Carbonylgruppen dieser Verbindungen, die im Rahmen der Reduktion zu Alkoholen werden.
Bei dem Reduktionsmittel kann es sich in einer Ausführungsform um ein anorganisches Reduktionsmittel handeln, insbesondere um eine Säure bzw. ein Salz der Pnictogen- und/oder Chalkogenoxide. Beispiele umfassen Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalisalze eines Anions der Sauerstoffsäuren des Schwefels vom Typ H₂SO_n und H₂S₂O_n oder des Phosphors vom Typ H_2+mP_mO_2m+1 und H_2+mP_mO_2m. Besonders bevorzugt sind Thiosulfate bei neutralem pH-Wert, Sulfite im basischen Milieu oder Disulfit bei saurem pH-Wert. Besonders bevorzugt sind Einsatzmengen der Salze von 1 - 10 Gew.-% gemessen an der Gesamtmasse des Beizmittels. Beispiele geeigneter Pnictogenoxide umfassen insbesondere die Phosphinsäure und Salze (insb. Natriumhypophosphit) oder die Phosphonsäure und Salze. Beispiele geeigneter Chalkogenoxide umfassen insbesondere Schwefeldioxid, Schweflige Säure und Salze, Thioschwefelsäure und Salze (insb. Natriumthiosulfat), Dithionige Säure und Salze (insb. Natriumdithionit), Dischweflige Säure und Salze (insb. Natriumdisulfit).
In einer anderen Ausführungsform kann es sich bei dem Reduktionsmittel um ein Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalisalz einer reduzierend wirkenden organischen Säure handeln, beispielsweise der Ameisensäure, der Oxalsäure, der Formamidsulfonsäure oder der Iminomethansulfinsäure, oder um ein substituiertes Sulfinsäurederivat. Besonders bevorzugt ist Hydroxymethansulfinsäure. Neben den entsprechenden Salzen kann auch die Säure selbst zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt sind Einsatzmengen von 1 - 10 Gew.-% gemessen an der Gesamtmasse des Beizmittels an Natriumhydroxymethansulfinat im basischen Milieu.
In einer wiederum anderen Ausführungsform kann es sich bei dem Reduktionsmittel um ein organisches Reduktionsmittel handeln, insbesondere um eine α-Hydroxycarbonylverbindung oder eine reduzierende organische Schwefelverbindung. Geeignete α-Hydroxycarbonylverbindungen umfassen Monohydroxyaceton, Dihydroxyaceton, Glykolaldehyd, Dihydroxybutanon, 1-Hydroxypropanon, 2-Hydroxycyclopentanon, Ascorbinsäure und Cyclopentendiol-2,3-on-1, sowie reduzierende Zucker wie beispielsweise Glucose. Besonders bevorzugt sind reduzierende Zucker (z.B. Glucose), Mono- und Dihydroxyaceton, oder Ascorbinsäure und Salze. Mischungen verschiedener α-Hydroxycarbonylverbindungen, z. B. Mischungen aus Hydroxyaceton und Ascorbinsäure, oder Mischungen aus Hydroxyaceton und Glukose können in Varianten der Erfindung besonders bevorzugt sein. In einer Variante der Erfindung besonders geeignet ist der Einsatz von Ascorbinsäure im sauren Milieu, oder von Endiolen, welche im alkalischen Milieu aus Hydroxyketonen gebildet werden. Geeignete reduzierende organische Schwefelverbindungen umfassen die Thioglycolsäure und Salze, Cystein und Salze, Dithiothreitol oder Glutathion.
Einsatzmengen von 0,1 bis 10 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-% des Reduktionsmittels gemessen an der Gesamtmasse des Beizmittels können bevorzugt sein.
Je nach Reduktionsmittel kann gegebenenfalls eine Anpassung des pH-Werts des Beizmittels Säuren und Basen oder sauer bzw. basisch reagierenden Salzen erfolgen, beispielsweise anhand von Natriumcarbonat in einer Konzentration von 0,01 - 0,05 Gew.-% gemessen an der Gesamtmasse des Beizmittels.
Bei der farbgebenden Komponente handelt es sich vorzugsweise um einen Farbstoff aus der Gruppe der Säurefarbstoffe, kationischen Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe, Metallkomplexfarbstoffe oder um ein Pigment.
Geeignete Säurefarbstoffe umfassen Triphenylmethan-Farbstoffe mit Sulfonsäuregruppen zur anionischen Stabilisierung. Geeignete kationische Farbstoffe umfassen Monoazo-, Antraquinone- und Oxazin-Farbstoffe. Als Metallkomplexfarbstoffe sind Säurefarbstoffe zu verstehen, die ein Metallatom im Kern im 1:1- oder 1:2-Verhältnis komplexieren. Geeignete Metallkomplexfarbstoffe umfassen Kupfer- oder Cobalt-Komplexe der genannten Säurefarbstoffe, beispielsweise kombiniert mit Azo-, Quinone- und Hydroxyanthraquinone-Farbstoffen. Geeignete Reaktivfarbstoffe umfassen Monoazo-, Disazo-, Polyazo-, Metallkomplexazo-, Anthraquinone-, Phthalocyanin-, Formazan- oder Dioxazin-Farbstoffe mit zumindest einer reaktiven Gruppe. Vorzugsweise enthalten die Moleküle der Reaktivfarbstoffe auch zumindest eine Sulfo-Gruppe.
Es können auch Kombinationen mehrerer der genannten Reduktionsmittel, Lichtschutzmittel und farbgebenden Komponenten in dem erfindungsgemäßen Beizmittel enthalten sein.
Das Beizmittel kann weiterhin Entschäumer, z.B. polyethermodifizierte Dimethylpolysiloxane, paraffinbasierte Mineralöle und Oberflächenadditive wie z.B. alkylmodifizierte Polymethylsiloxane oder polyethermodifizierte Dimethylsiloxane enthalten.
Ferner kann das Beizmittel einen Lösungsmittelzusatz, z.B. Butyldiglykol enthalten.
Weiterhin kann das Beizmittel als Additive Rheologieadditive oder Biozide zur Topfkonservierung enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Beizmittel weiterhin wenigstens ein Netzmittel. Geeignete Netzmittel sind beispielsweise anionische Netzmittel, wie etwa Fettalkoholethoxylat, Alkansulfonat, Sulfosuccinat, Alkylphosphat oder auch Paraffine und Kohlenwasserstoffe. Besonders bevorzugt können Salze von Phosphorsäureestern sein. Die Netzmittel werden bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 10 g/l gemessen am Gesamtvolumen des Beizmittels, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 g/l gemessen am Gesamtvolumen des Beizmittels eingesetzt.
Ein Verfahren zur Behandlung einer Holzoberfläche kann die Auftragung eines erfindungsgemäßen Beizmittels auf eine Holzoberfläche umfassen.
Die Beize kann mit üblichen Technologien wie Spritzapplikation, Pinsel, Wischen, etc. auf der Holzoberfläche aufgetragen werden. Die Auftragsmenge des Beizmittels kann zwischen 20 und 100 g/m² und bevorzugt zwischen 30 und 60 g/m² liegen.
Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens vorgesehen sein, dass auf die Holzoberfläche nach Auftragung des Beizmittels und nach Ablauf einer Reaktions- und Trockenzeit ferner ein Schutzlack aufgetragen wird. Als Schutzlacke können konventionelle oder UV-härtende Lacksysteme aufgetragen werden. Bevorzugte Schutzlacke umfassen Acrylat-Lacke oder Polyurethan-Lacke. Es können wasser- oder lösemittelbasierte Acrylat- und Polyurethanlacksysteme verwendet werden.
Die Reaktions- und Trockenzeit des Beizmittels kann zwischen 1 und 10 Stunden, bevorzugt zwischen 1 und 4 Stunden liegen.
Im Prinzip sind alle Holzarten für eine Anwendung des Verfahrens geeignet, insbesondere bei inhaltsstoffreichen, dunklen Holzsubstraten wie Akazie, Birnbaumholz, Bubinga, Buche, Ebenholz, Eiche, Kirschbaum, Lärche, Mahagoni und insbesondere Nussbaum treten die Vorzüge des erfindungsgemäßen Beizmittels aber hervor, um eine langfristige Farbbeständigkeit und Lichtechtheit ohne Nachdunkeln zu erzielen.
Bei der Holzoberfläche kann es sich beispielsweise um die Oberfläche einer Holzfassade, eines Fensterrahmens, einer Türe, einer Holzverkleidung, einer Holztreppe, eines Parkettbodens oder eines Holzmöbels handeln.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Beispiel 1:
In Wasser werden folgende Stoffe gelöst:

- 2% Dinatriumhydrogenphosphonat
- 5% Tinuvin 1130
- 1% Beiztönkonzentrat gelb (20%ig Acid Yellow 232 in Wasser gelöst)
- 1% Beiztönkonzentrat orange (20%ig Acid Orange 154 in Wasser gelöst)

Die Beize wird auf Nussfurnier aufgebracht (60 g/m²) und nach 5 h Trockenzeit mit einem wasserbasierten, einkomponentigen Acrylatlack überlackiert.
Als Nullprobe wird das Nussfurnier ohne Beize herangezogen. Anschließend wird jeweils ein schmaler Streifen abgetrennt und für 48h im Suntester mit Fensterglasfilter (Suntest CPS+) belichtet.
Es werden die folgenden Messwerte erhalten:

dE nach Belichtungstest

Reduktive Lichtschutzbeize 0,5

Referenz 4,5
Beispiel 2:
In Wasser werden folgende Stoffe gelöst:

- 2% Kaliumdisulfit
- 5% Eversorb® 71
- 1% Tinuvin 292

Einstellen des pH-Werts auf 5,5 mit Phosphorsäure.

- 0,5% Beiztönkonzentrat brown (20%ig Sulphur black CI 53185 in Wasser gelöst)
- 1% Beiztönkonzentrat red (20%ig Reactive red 11 in Wasser gelöst)

Die Beize wird auf massivem Kirschholz aufgebracht (30 g/m²) und nach 2 h Trockenzeit mit einem lösemittelbasierten, zweikomponentigen Polyurethanlack überlackiert.
Als Nullprobe wird das Kirschholz ohne Beize heragezogen. Anschließend wird jeweils ein schmaler Streifen abgetrennt und für 48h im Suntester mit Fensterglasfilter (Suntest CPS+) belichtet.

dE nach Belichtungstest

Reduktive Lichtschutzbeize 0,3

Referenz 3,0
Beispiel 3:
In Wasser werden folgende Stoffe gelöst:

- 1% Ascorbinsäure
- 5% Tinuvin 1130
- 1% Beiztönkonzentrat gelb (20%ig Acid Yellow 232 in Wasser gelöst)
- 1% Beiztönkonzentrat orange (20%ig Acid Orange 154 in Wasser gelöst)

Beispiel 4:
In Wasser werden folgende Stoffe gelöst:

- 1% Hydroxyaceton pH-Wert wird mit Natronlauge auf 9 eingestellt.
- 5% Tinuvin 1130
- 1% Beiztönkonzentrat gelb (20%ig Acid Yellow 232 in Wasser gelöst)
- 1% Beiztönkonzentrat orange (20%ig Acid Orange 154 in Wasser gelöst)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5171328 A [0003]
WO 0185857 [0003]
WO 2002051558 A1 [0004]
DD 278983 A1 [0004]

Claims

Beizmittel zur Behandlung einer Holzoberfläche, wobei das Beizmittel mehrere Komponenten in wässriger Lösung bzw. Dispersion enthält, wobei die Komponenten wenigstens ein Lichtschutzmittel umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zusätzlich wenigstens ein Reduktionsmittel und wenigstens eine farbgebende Komponente umfassen, wobei das Reduktionsmittel ausgebildet ist, ein Ausbleichen der Holzoberfläche bewirken zu können.
Beizmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lichtschutzmittel um einen Radikalfänger, einen UV-Absorber oder eine Kombination daraus handelt.
Beizmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem UV-Absorber um ein Hydroxybenzophenon, ein Hydroxyphenyltriazin, ein Benzotriazol, einen Zimtsäureester oder ein Oxalanilid handelt.
Beizmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Radikalfänger um ein sterisch gehindertes Amin handelt.
Beizmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um eine Verbindung handelt, die in der Lage ist, Carbonyl-Gruppen von Holzchromophoren in Form verschieden substituierter Chinone, inbesondere o- und p-Benzochinone, und vorzugsweise auch anderer α,β-ungesättigter Carbonylverbindungen zu reduzieren.
Beizmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um ein anorganisches Reduktionsmittel handelt, insbesondere um eine Säure bzw. ein Salz der Pnictogen- und/oder Chalkogenoxide.
Beizmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um ein Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalisalz einer reduzierend wirkenden organischen Säure handelt, beispielsweise der Ameisensäure, der Oxalsäure, der Formamidsulfonsäure oder der Iminomethansulfinsäure, oder um ein substituiertes Sulfinsäurederivat.
Beizmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um ein organisches Reduktionsmittel handelt, insbesondere um eine α-Hydroxycarbonylverbindung oder eine reduzierende organische Schwefelverbindung.
Holzoberfläche, behandelt mit einem Beizmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Holzoberfläche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmenge des Beizmittels auf die Holzoberfläche zwischen 20 und 100 g/m² und bevorzugt zwischen 30 und 60 g/m² liegt.
Holzoberfläche nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Holzoberfläche oberhalb des Beizmittels ferner ein Schutzlack aufgetragen ist.
Holzoberfläche nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schutzlack um einen Acrylat-Lack oder einen Polyurethan-Lack handelt.
Holzoberfläche nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Holzoberfläche um die Oberfläche eines Eichen-, Kirsch- oder Nussholzes handelt.
Holzoberfläche nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Holzoberfläche um die Oberfläche einer Holzfassade, eines Fensterrahmens, einer Türe, einer Holzverkleidung, einer Holztreppe, eines Parkettbodens oder eines Holzmöbels handelt.