DE2949769B2

DE2949769B2 - Mit einem Oberzug versehene Holzoberfläche Union Carbide Corp, New York, N.Y. (V.StA.)

Info

Publication number: DE2949769B2
Application number: DE2949769A
Authority: DE
Inventors: William Charles Saint Albans W.Va. Arney Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1981-01-15
Also published as: US4212928A; JPS5735107B2; DE2949769A1; GB2039514A; JPS5579148A; GB2039514B; CA1129271A

Description

(a) 50 bis 60 Gewichtsprozent Methylmethacrylat

(b) 35 bis 45 Gewichtsprozent Äthylacrylat,

(c) 1 bis S Gewichtsprozent Methacrylsäure und

(d) 0 bis 1 Gewichtsprozent Pentaerythrit-

triacrylat

besteht

Aus Gründen der Zweckmäßigkeit, Gesundheit, Formgebung, Dauerhaftigkeit, Ästhetik usw. werden .»» Holzoberflächen oft einer oder mehreren Finish-Behandlungen, wie Beizen Grundieren, Lasieren oder Lackieren, unterworfen. Der Erfolg dieser Behandlungen hängt jedoch von der richtigen Oberfläche ab, auf welche die Oberzüge aufgebracht werden. Die natürli- r> ehe Holzoberfläche ist für ein optimales Verhalten des anschließend aufgebrachten Oberzuges gewöhnlich zu rauh und zu porös. Zur Beseitigung dieses Problems wurden Verbundmaterialien geschaffen, die aus einer Holzcelluloseschicht auf der Oberfläche des Gegenstandes und einer auf die Oberfläche aufgebrachten Nitrocellulosematrix bestehen. Das Verbundmaterial wird hergestellt durch Aufbringen eines in organischen Verdünnungsmitteln gelösten Nitrocellulosepolymeren auf die natürliche Holzoberfläche und anschließendes ιί Trocknen an der Luft oder in einem Ofen. Dieses Holzcellulose/Nitrocellulose-Verbundmaterial dient dann a!s zu beschichtende Oberfläche. Diese Oberfläche läßt sich gut mit Sandpapier schleifen und hinterläßt eine glatte, praktisch nichtporöse, geschmirgelte Ober- w fläche, die für gute Eigenschaften der anschließend aufgebrachten Überzüge notwendig ist

Dieses Verfahren zum Modifizieren eines natürlichen Holzes zwecks Verbesserung der Finish-Behandlungen hat zahlreiche Nachteile. Da das Nitrocellulosepolyme- v> re in einem organischen Verdünnungsmittel gelöst auf die natürliche Holzoberfläche aufgebracht werden muß, werden beim anschließenden Trocknen große Mengen an organischem Lösungsmittel in die umgebende Atmosphäre freigesetzt, was ernstliche Probleme wegen der Brennbarkeit und Explosionsgefahr sowie gesundheitliche Gefahren durch Lösungsmitteldämpfe am Arbeitsplatz und in der Umwelt mit sich bringt. Weiter hat der Verlust des immer teurer werdenden organischen Lösungsmittels in der Trocknungsstufe 5s dieses Verfahrens zur Holzbehandlung wirtschaftliche Nachteile. Maßnahmen zur Kontrolle dieser Probleme, wie Ventilatoren und Leitungen zur Regelung oder Verteilung der Dämpfe und Rückführung zwecks Einfangen des Lösungsmittels, sind kostspielig und to energieintensiv.

Zur Lösung dieser Probleme wurde bereits versucht, Latexüberzüge in Wasser zu schaffen, um die Verwendung großer Mengen an organischen Lösungsmitteln zu vermeiden. Es sind verschiedene derartige Systeme entwickelt worden, die sich jedoch alle zur Behandlung von natürlichem Holz als unbefriedigend erwiesen haben, weil das versiegelte Holzsubstrat bisher schlecht schmirgelbar war. Der beim Schmirgeln derartig behandelter Oberflächen gebildete Staub klebt bzw. schmilzt schnell auf dem Schleifmittel (z. B. Sandpapier) und macht das Mittel in sehr kurzer Zeit wertlos.

Daher wäre ein Cellulose-Polymer-Verbundmaterial von großem Vorteil, das man durch Aufbringen eines in Wasser enthaltenen Polymermaterials auf die natürliche Holzoberfläche bilden könnte und das eine neue Oberfläche ergäbe, die durch ihre guten Schmirgelejgenschaften zu einem glatten, nichtporösen Oberzug bzw. Finish ohne schnelle Zerstörung des Schleifmittels geschliffen werden könnte.

Aus der GB-PS 15 34 043 ist eine Beschichtungsmasse bekannt, die aus zwei Bindemittelkomponenten besteht, nämlich einer wäßrigen Emulsion eines Acrylcopolymers mit einer niedrigen Einfriertemperatur und einer wäßrigen Emulsion eines Acrylcopolymers mit einer höheren Einfriertemperatur, sowie einem fc-nteiligen Streckmittel. Diese Beschichtungsmasse dient jedoch als wetterfester Decküberzug für eine Vielzahl von Substraten, z. B. Beten, Metallen oder Holz. Auf das Problem der Schleifbarkeit von natürlichen Holzoberflächen und der daran anschließenden Finish-Behandlung geht die GB-PS15 34 043 nicht ein.

Es wurde nun gefunden, daß bestimmte, im Patentanspruch definierte Polymermischungen, die in Wasser dispergiert sind, auf natürliche Holzoberflächen aufgebracht werden können und zusammen mit dem Holz ein Verbundmaterial bilden, das eine Holzoberfläche mit überraschend guten Schmirgeleigenschaften liefert und nach dem Schmirgeln zu einer glatten, nichtporösen Oberfläche eine gutes Verhalten der anschließend bei Finish-Behandlungen aufgebrachten Oberzüge ergibt

Der Holzcelluloseanteil des Verbundstoffes ist die Oberfläche eines aus irgendeinem natürlichen Holzmaterial, einschließlich weichen Hölzern, wie Kiefer, Fichte, Balsa usw., und Harthölzern, wie Walnuß, Eiche, Kirsche usw, gebildeten Gegenstandes. Diese Gegenstände können fabrizierte Holzstücke, wie Möbel, Furniere, Sperrholzplatten, Türen, verschiedene zugeschnittene Bretter, wie Hartfaserplatten, Holzmehlplatten oder Preßplatten aus Holznebenprodukten sowie einfache Bretter, wie Bauholz, Fußbodenfliesen, Tischlerprodukte usw, umfassen.

Der Polymeranteil des Verbundmaterials wird als wäßriger Latex mit einer Gewichtszusammensetzung von etwa 50 bis 60% Methylmethacrylat, etwa 35 bis 45% Äthylacrylat, etwa 1 bis 8% Methacrylsäure und 0 bis etwa 1% Pentaerythrittriacrylat mit etwa 65% Tetraacrylatgehalt eingesetzt

Der wäßrige Latex wird hergestellt, indem man zuerst eins Vormischung der Monomeren oildet und 0,4Gew.-% Na'riumdioctylsulfosuccinat zufügt Ein Rührreaktor wird mit 5 Teilen entionisiertem Wasser pro Teil der Monomermischung beschickt. Der Reaktorinhalt wird unter Rühren auf 70"C gebricht, und die Hllfte der Monomermischung wird in den Reaktor gegeben. Nach 10 Minuten wird 0,01 Teil Ammoniumpersulfat pro Teil der gesamten Monomermischung als 5prozentige Wasserlöiung eingeführt Wenn die exotherme Reaktion nachläßt, wird die restliche Monomermischung mit ausreichender Geschwindigkeit in den Reaktor gegeben, um die Temperatur auf 70 bis 75⁰C ^u halten. Nach beendeter Zugabe wird der Reaktorinhalt 1 Stunde bei 75 ± 5' C gehalten.

Der wäßrige Latex kann auf die Hohloberfläche nach jedem üblichen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, z. B. durch Aufsprühen, direkten oder umge-

kehrten Walzenauftrag, Aufstreichen, Vorhangbesehiehten, Fluten, Gießen oder Tauchen. Nach dem Aufbringen auf die Celluloseoberfläehe dringt der Überzug etwas in die Oberfläche des Cellulosegegenstandes ein, während ein Teil des Materials auf der ϊ Oberfläche verbleibt Dann wird die flüchtige wäßrige Phase durch Troknen bei Raum- oder erhöhter Temperatur entfernt.

Die zum Trocknen des Holzgegenstandes notwendige Zeit variiert und hängt von der Dicke des Überzugs, in der Trocknungstemperaiur, der Holzart und anderen Faktoren ab.

Das Holzcellulose/Polymer-Verbundmaterial ist die Oberfläche des Holzgegenstandes, auf die etwa 0,025 bis etwa 0,25 mm des obigen Latex aufgebracht wurden. ι ■

Wie üblich umfaßt der wäßrige Latex oberflächenaktive Mittel und Katalysatoren, die seine Herstellung aus der Monomermischung erleichtern. Gegebenenfalls können auch zahlreiche andere bekannte Zusätze dem Latex zur Verbesserung verschiedener Aufbring- und >o Anwendungseigensfftaften zugesetzt werden. So können Glykoläther oder andere Ko-Lösungsmittel zur Senkung der Filmbildungstemperatur der Latexteilchen, Zinkstearat oder andere Schmirgelhilfen zur Verringerung der Reibung und Mineralpigmente oder Streckmit- >> tel für die Füllung und/oder Deckkraft anwesend sein. Weiterhin können im System auch Antischaummittel, Biozide, Verdickungsmittel, Gefrierschutzmittel, Neutralisierungsmittel und andere in der Lackindustrie bekannte Zusätze zweckmäßig sein. Art und Menge des κι oder der zur wäßrigen Latexdisperion zugegebenen Zusätze hängen vom beabsichtigten Verwendungzweck, der verwendeten Holzart und anderen bekannten Variablen ab.

In einer typischen Ausführungsform wird ein wäßriger Latex nach bekannten Verfahren durch Umsetzen von Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Methacrylsäure und Pentaerythrittriacrylat gebildet Diesem Latex werden der Diäthylenglykolmonobutyläther und Zinkstearat zugefügt, und das erhaltene Oberzugsprä- ίο parat wird auf die Holzoberfläche aufgebracht, getrocknet, geschliffen und einer Finish-Behandlung unterworfen.

Die Erfindung ist vielseitig anwendbar, wann immer ein Versiegelungsmittel vor einer Finish-Behandlung, wie Beizen, Grundieren, Lasieren oder Lackierungen, auf natürliches Holz aufgebracht wird.

Die Erfindung hat gegenüber bisher verfügbaren Verfahren der Holzversiegelung zwecks Vorbereitung für die Finish-Behandlung zahlreiche Vorteile. Da das erfindungsgemäße System keine großen Mengen an organischen Losungsmitteln erfordert, ergeben sich entscheidende Vorteile durch verminderte Brennbarkeit und Expolosioiugefahr, Gesundheit*- und Umweltprobleme sowie Kosten, ebenso wie ökologische Vorteile. Weiter zeigen die erfindungsgemäßen Präparate eine

Tabelle I

mindestens ebenso gute wenn nicht bessere Schmirgelbarkeit als solche, die durch Verwendung der bisher verfügbaren Versiegelungsmittel gebildet wurden.

Es war überraschend und unerwartet festzustellen, daß das Holzcellulose/Polymer-Verbundmaterial, das auf der Oberfläche von natürlichem Holz durch Aufbringen einer Wasserlatexdispersion aus Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Methacrylsäure und Pentaerythrittriacrylat und Trocknenlassen gebildet wi-d, derart gute Schmirgeleigenschaften haben und eine geschliffene Oberfläche liefern würde, die ebenso verträglich oder verträglicher ist als die durch Verwendung der derzeit verfügbaren Versiegelungsmittel und anschließendes Beschichten zwecks Finish-Behandiung hergestellte Oberfläche.

Zur Veranschaulichung der Erfindung und zum Vergleich mit bekannten Versiegelungsmitteln wurden zwei Überzüge A und B hergestellt Überzug A ist ein typisches, bekanntes Versiegelungsmittel, während Überzug B eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen wäßrigen Polymerlatex ist Die beiden Überzüge hatten die folgende Zusammensetzung:
Überzug A

18,8 Gew.-% Nitrocellulose, Kokosalkydharz und Weichmacher, gelöst in einem Toluol/Isopropanol/Methylisobutylketon-Verdünnungsmittel.

Überzug B

41 Gew.-%ige wäßrige Dispersion eines Latexpolymeren (Polymer-Gewichtszusammensetzung: 57% Methylmethacrylat, 38% Äthylacrylat, 4,8% Methacrylsäure und 0,2% Pentaerythrittriacrylat), der 10 Teile Diäthylenglykolmonobutyläther und 4 Teile Zinstearat pro 100 Teile Polymer zugefügt sind. Die beiden Überzüge wurden, wie in den folgenden Beispielen gezeigt, auf Holzoberflächen aufgebracht

Beispiel 1

Zwei Bretter aus dreischichtigem Birkensperrholz wurden unter Verwendung eines mit Draht Nr. 30 umwickelten Tiefziehstabes mit Überzug A bzw. B beschichtet Die feuchten Bretter wurden 1 Minute in einem Umluftofen mit einer Lufttemperatur von 200° C getrocknet. Vier Stücke aus 2,54 χ 5,1 cm Sandpapier Nr. 400 wurden genau gewogen und dann an einem Metallblock von 900 g Gewicht angebracht Dann wurde das Gewicht in solcher Weise an einem Schwingmotor angebracht, daß sich Block und Papier in horizontaler Richtung hin und her bewegten und dabei mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Bewegungen pro Minute einen Bereich von 244 χ 10,2 cm bedeckten. Beim Auflegen auf ein Holzbrett lieferte diese Vorrichtung eine reproduzierbare Schmirgelwirkung. Nach 50 Bewegungen wurden die Sandpapiere entfernt und gewoben. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.

	Überzug A Test 1	Test 2	Üiier/"g B Test 1	Test 2
Papiergewicht: vor dem Schmirgeln nach dem Schmirgeln	0,64700 0,64675	0,55445 0,55571	0,57966 0,57895	0,59835 0,59795
Gewichtszunahme (Verlust)	(0,00025)	0,00126	(0,00071)	(0,00040)

Die auf Überzug A angewandten Sandpapiere zeigten eine durchschnittliche Gewichtserhöhung von etwa 0,10%, während die auf Überzug B verwendeten Sandpapiere durchschnittlich eine etwa 0,10%igc Gewichtsabnahme zeigten. Eine Untersuchung der Papiere zeigte, daß Überzug A eine sichtbare Ansammlung von Abscheidungen auf dem Papier gebildet hatte, was die Gewichtszunahme erklärte. Dagegen bildete Überzug B keinerlei Ablagerung, was zu einem Gewichtsverlust führte, da die Sandkörnung normalerweise vom Papier abgerieben wird. Auf jedem Brett wurde das Zentrum der geschmirgelten Flächen unter einem Elektronenmikroskop untersucht. Bei lOOfacher VergröSerung zeigte sich kein sichtbarer Unterschied der Oberflächenglätte zwischen der mit Überzug A bzw. B überzogenen Oberfläche. Dies zeigt, daß man erfindungsgemäß überzogene Gegenstände mit ausgezeichneten Schmirgeleigenschaften erhält, indem die wirksame Lebensdauer des Sandpapieres durch die Vermeidung von Ablagerungen auf dem Papier verlängert und weiter eine ebenso glatte geschmirgelte Oberfläche erhalten wird wie bei Verwendung eines derzeit üblichen Versiegelungsmittels.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Schleifvorrichtung wurde in der dort angegebenen Weise verwendet, wobei jedoch ein Thermoelement zwischen das Papier und den Metallblock gegeben wurde. Dann wurden verschiedene Proben der beiden in Beispiel 1 überzogenen und verwendeten Bretter geschmirgelt. Nach 50 Bewegungen auf dem mit Überzug A versehenen Brett wurde eine Temperaturerhöhung von 12,2° C gemessen. Nach 50 Bewegungen auf dem mit Überzug B versehenen Brett betrug die Temperaturerhöhung nur 10,2⁰C₁ d.h. eine um 16% geringere Temperaturerhöhung. Dieses Beispiel veranschaulicht die ausgezeichneten Schmirgeleigenschaften der erfindungsgemäßen Gegenstände, da die niedrigere Temperaturerhöhung eine geringere Hemmung auf dem Papier widerspiegelt, was zu einem leichteren manuellen Schmirgeln und zu einem geringen Energieverbrauch berm mechanischen Schleifen führt.

Beispiel 3

Ein ahnliches Stück Birkensperrholz wie in Beispiel 1 wurde auf einer Seite mit Überzug A und auf der anderen mit Überzug B versiegelt; die Überzüge wurden mit Bürste bzw. Pinsel aufgebracht Das Brett wurde 1 Stunde unter normalen Bedingungen getrocknet und dann mit Sandpapier Nr. 400 auf beiden Seiten geschmirgelt Dann wurde überzug A mit der Bürste als klarer Decküberzug auf beiden Seiten aufgebracht und über Nacht trocknen gelassen. Auf beiden Seilen wurde der Prozentsatz an reflektiertem, bei 60 einfallendem Licht mit den folgenden Ergebnissen bestimmt:

mil Überzug A versiegelte Seite 15 ± I %
mit Überzug B versiegele Seile 35 ± l"/n

Dieses Beispiel zeigt, daß man eine crfindungsgcmaße Oberfläche erhall, die einen Decküberzug aus einem Nitrocelluloselaek der derzeit üblichen Art annimmt.

Beispiel 4

Drei als I. Il und III markierte Sperholzbrcttcr wurden der Länge nach in zwei gleiche Hälften geteilt. Die Oberfläche der Breiter war wie folgt:

I Kiefer

II Eiche

III Walnuß

Eine Hälfte jedes Brettes wurde mit Überzug A. die andere mit Überzug B überzogen. Die Bretter wurden über Nacht trocknen gelassen und Jann mit Sandpapier Nr. 400 glatt geschliffen. Ein Tiefziehstab No. 30 wurde zum Aufbringen eines wäßrigen Latexüberzuges der folgenden Zusammensetzung verwendet:

100 g Präparat, enthaltend

45 Gew.-% Äthylacrylat
45 Gew.-% Styrol

5 Gew.-% 2-Hydroxyäthylacrylat

5 Gew.-% Methacrylsäure

20 g CHJCH₂CH₂CHjO(CH₁CH-O)JH

Dann wurden die Bretter 1 Minute in einen mit einer Lufttemperatur von etwa 150°C arbeitenden Umluftofen gegeben. Die Ergebnisse der Glanzwerte (60^c Reflexion) sind in Tabelle Il gezeigt.

Tabelle II	Reflexion. '.. halb mit Λ versiegelt	halb mit H \crsiegelt
llol/brclt	25 35 65	35 45 80
I U 111

Dieses Beispiel zeigt daß man erfindungsgemäß eine Oberflache erhalt, die mit anschließend aufgebrachten Decküberzügen auf Wasserbasis verträglicher ist als ein übliches Nitrocellulose-Versiegelungsmittel.

Claims

Patentanspruch:

Mit einem Oberzug versehene Holzoberfläche, wobei der Oberzug auf die Holzoberfläche in Form einer wäßrigen Dispersion eines Polymeren auf Acrylatbasis aufgebracht und anschließend getrocknet wordenjst, dadurch gekennzeichnet, daß das als Oberzug aufgebrachte Polymer aus