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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtung und ein Verfahren
für deren
Herstellung. Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Beschichtung
für die
Aufbringung auf ein Substrat, beispielsweise auf Holz.
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Es
ist bekannt, dass eine große
Anzahl von Beschichtungen für
die externe Aufbringung auf ein Holzsubstrat auf dem Markt erhältlich ist.
Insbesondere wurde in den letzten Jahren, um die Emission von flüchtigen
organischen Substanzen in die Umwelt zu reduzieren, eine Reihe von
Produkten auf Wasserbasis entwickelt. Eine Gruppe von Beschichtungen
auf Wasserbasis zur Aufbringung auf Holz besteht aus transparenten
Beschichtungen für
die externe Verwendung.
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Es
ist bekannt, dass es bei dem Holzsubstrat und der Beschichtung infolge
atmosphärischer
Einflüsse,
beispielsweise Sonnenstrahlung, insbesondere der ultravioletten
Komponente der Sonnenstrahlung; Wärme; Umgebungstemperatur; flüssiger Feuchte
(Regen) oder gasförmiger
Feuchte (atmosphärischer
Feuchte), zu Degradationserscheinungen kommt. Darüber hinaus
ist bekannt, dass ein Holzsubstrat, welches dem Sonnenlicht ausgesetzt
ist, einen Degradationsprozess durchmacht. In der Praxis nimmt die
ausgesetzte Oberfläche
infolge der Lignindegradation eine graue Färbung an, was zu einer höheren Porosität des Holzes,
einem Verlust der strukturellen Festigkeit und einer höheren Absorption
von Umgebungsfeuchte führt.
Eine derartige Degradation umfasst eine Zunahme der Formschwankungsphänomene,
was als Oberflächenspalten
zum Ausdruck kommt. Spalten oder Risse erleichtern die Wasserabsorption,
was letztlich zu einer dunkelbraunen Färbung führt und die innere Holzstruktur
allmählich
degradiert. Die Zunahme der relativen Feuchte begünstigt die
Bildung von Schimmel- oder
Pilzkolonien.
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Die
Degradation des Holzsubstrats und der Beschichtung, beispielsweise
einer transparenten Beschichtung, schließt einen Verfall des äußeren Erscheinungsbilds
des beschichteten Fertigungsproduktes mit ein. Sobald die Abschirmwirkung
des Beschichtungsfilms geendet hat, nimmt die Degradationsgeschwindigkeit
des Holzsubstrats zu. Das praktische Ergebnis dieser Degradation
ist ein unansehnliches Erscheinungsbild des beschichteten Fertigungsproduktes.
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Darüber hinaus
findet ein struktureller Zerfall von Holz infolge einer nachfolgenden
Spaltung der Holzoberfläche
statt. Holz verrottet dann auf Grund von Pilzen und Schimmel, was
zu einem Verlust der Formstabilität des Materials führt, welches
verwendet wurde, um beispielsweise ein Außenfenster zu bauen.
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Das
US-Patent 5,238,745 offenbart eine Zweikomponenten-Beschichtung, umfassend
eine Grundierungsschicht, welche ein phenolisches Antioxidans enthält, und
eine herkömmliche
Deckschicht, welche vorzugsweise einen Lichtstabilisator zum Schutz
von Holzoberflächen
vor lichtinduzierter Degradation enthält.
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US-Patent
6,207,290 offenbart eine Farbbeize-Einkomponentenbeschichtung zum Schutz
von Holz vor dem Verfaulen durch schädigende Organismen; wobei die
Beschichtung ein Arsenderivat als Biozid und ein Antioxidans und
einen Ultraviolettstrahlenabsorber umfasst, welche dazu beitragen,
die oxidative Degradation des als Biozid dienenden Arsenderivats
durch Licht zu verhindern und somit dessen Antifaulungsvermögen zu verlängern.
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Keine
dieser Patentschriften sieht eine Beschichtung für Holz mit einer Unveränderbarkeit
ihrer ästhetischen
und mechanischen Merkmale, selbst nach ausgedehntem Kontakt mit
atmosphärischen Einflüssen aller
Art, vor.
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Demzufolge
ist es erforderlich, auf dem Markt eine Beschichtung oder ein Beschichtungssystem
ohne die Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen.
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Insbesondere
besteht ein Bedarf an einer Beschichtung oder einem „kombinierten" Beschichtungssystem,
welche/welches in guten Bedingungen die Lebensdauer des Holzsubstrats
erhöht
und somit häufige
Wartungsarbeiten vermeidet.
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Insbesondere
besteht ein Bedarf an einer Beschichtung oder einem kombinierten
Beschichtungssystem, welche/welches ihre/seine abschirmenden ästhetischen
Merkmale über
einen längeren Zeitraum
unverändert
beibehält
als über
die Zeitdauer, welche durch die Aufbringung einer Grundierung und
einer Endbeschichtung, wie sie auf dem Markt erhältlich sind, auf demselben
Substrat erreicht werden kann.
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Ein
erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Beschichtung bereitzustellen,
welche auch nach ausgedehntem Kontakt mit atmosphärischen Einflüssen eine
Unveränderbarkeit
ihrer ästhetischen und
mechanischen Merkmale aufweist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Beschichtung
vorzusehen, welche in der Lage ist, das Holzsubstrat vor Angriffen
durch Pilze, Schimmel und Degradationsphänomene infolge der Wirkung
von UV-Strahlen
und durch Absorption von Feuchte abzuschirmen.
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Diese
und andere Ziele, welche aus der folgenden ausführlichen Beschreibung klar
hervorgehen, wurden durch den Anmelder realisiert, der es als zweckdienlich
erkannt hat, sich einer besonderen Kombination aus einer spezifischen
Grundierung und einer spezifischen Endbeschichtung zu bedienen.
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Demnach
ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Beschichtung
oder ein kombiniertes Beschichtungssystem, deren/dessen Merkmale
in dem beiliegenden unabhängigen
Anspruch angeführt
werden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Herstellen der Beschichtung, dessen Eigenschaften in dem beiliegenden
unabhängigen
Anspruch angeführt
werden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der
Beschichtung oder des kombinierten Beschichtungssystems zur Aufbringung
auf einem Holzsubstrat für
die externe Verwendung.
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Der
Anmelder hat es als zweckdienlich erkannt, ein kombiniertes Beschichtungssystem,
welches zwei Formulierungen umfasst, zu entwickeln.
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Die
erste Formulierung ist eine spezifische Grundierung zum Erhalten
einer transparenten Beschichtung eines Holz¬substrats.
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Die
zweite Formulierung ist eine spezifische transparente Beschichtung
zum Endbeschichten eines Fertigungsprodukts aus Holz, welches zuvor
mit einer Grundierung getränkt
wurde.
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Im
Allgemeinen ist eine Grundierung als Formulierung aus Harzen, beispielsweise
aus Acrylharzen; einem Lösemittel,
beispielsweise Wasser, und Additiven definiert. Eine Grundierung
weist einen geringen Feststoffrückstand
von 10 bis 35 Gewichtsprozent bezogen auf die Grundierungsgesamtmenge auf.
Eine Grundierung wird stets direkt auf Holz, im Allgemeinen auf
unbehandeltes Holz, aufgebracht.
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Endbeschichtung
bezeichnet für
gewöhnlich eine
Formulierung, welche Harze, beispielsweise Acrylharze; ein Lösemittel,
beispielsweise Wasser, und Additive enthält. Eine transparente Beschichtung zur
externen Verwendung weist einen Feststoffrückstand von 30 bis 60 Gewichtsprozent
auf. Eine Beschichtung wird im Allgemeinen auf ein Holzsubstrat aufgebracht,
das zuvor mit einer Grundierung behandelt wurde.
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Vorzugsweise
kann zwischen der Aufbringung der Grundierung und der Endbeschichtung
eine dritte Formulierung aufgebracht werden, die für gewöhnlich als „Füller" oder Zwischenprodukt
bekannt ist. Die dritte Formulierung ist im Allgemeinen eine Beschichtung,
welche Holzfasern weiter miteinander verbindet, um einen einfacheren
Abschleifvorgang vor dem Aufbringen der Endbeschichtung zu ermöglichen.
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Die
erste Formulierung, welche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
ist eine Grundierung, die gemeinhin von einschlägig versierten Fachleuten zum
Herstellen einer transparenten Beschichtung einer Holzoberfläche verwendet
wird und mit bestimmten Verbindungen versetzt wurde.
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Der
Anmelder hat es als zweckdienlich erkannt, zu der Grundierung eine
ausgewählte Holz-Antioxidansverbindung
(HALS – sterisch
gehinderte Amine); eine Ultraviolett(UV)-Strahlen absorbierende
Verbindung (Typ 3) zuzusetzen, da das erzielte Resultat ein erhöhter Schutz
des Holzsubstrats ist.
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Als
kennzeichnendes Merkmal wird dieses Holz-Antioxidationsmittel aus Piperidinoxylo-Derivaten
ausgewählt;
beispielsweise 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxylo.
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Vorteilhafterweise
liegt die Holz-Antioxidansverbindung in einer Menge von 0,1 bis
5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der spezifischen
ersten Formulierung vor.
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Als
ein weiteres kennzeichnendes Merkmal wird die UV-absorbierende Verbindung (Typ 3) aus mikronisierten Titanverbindungen
ausgewählt;
beispielsweise mikronisiertes Titandioxid mit Partikeln, die einen
Durchmesser von 1 bis 50 Nanometer aufweisen.
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Vorteilhafterweise
liegt die absorbierende Verbindung in einer Menge von 0,1 bis 4
Gewichtsprozent vor.
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Vorzugsweise
kann die Grundierung Acrylharze oder derivierte Acrylharze in Wasserdispersion;
Additive; schaumhemmende Mittel; Fungizidsubstanzen und auf Eisenoxiden
basierende transparente Pigmente umfassen.
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Die
zweite Formulierung, welche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
ist eine Endbeschichtung, welche gemeinhin durch einschlägig versierte Fachleute
zum Herstellen einer transparenten Beschichtung auf einem Holzsubstrat
verwendet wird und mit bestimmten Verbindungen versetzt wurde.
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Der
Anmelder hat es für
zweckdienlich befunden, der Endbeschichtung eine ausgewählte Beschichtungs-Antioxidansverbindung;
eine Ultraviolett(UV)-Strahlen absorbierende Verbindung (Typ 1); eine
Ultraviolett(UV)-Strahlen
absorbierende Verbindung (Typ 2), da das erhaltene Resultat eine
verlängerte
Lebensdauer bei externer Exposition ist, zuzugeben.
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Insbesondere
wird die Antioxidansverbindung zur Endbeschichtung aus Piperidylderivaten ausgewählt; beispielsweise
bis(1,2,2,6,6-Pentamethyl-4-piperidyl)-sebacat oder, alternativ dazu, Methyl und
1,2,2,6,6-Pentamethyl-4-piperidylsebacat.
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Vorteilhafterweise
liegt die Antioxidansverbindung in einer Menge von 0,1 bis 2% vor.
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Insbesondere
wird die UV-absorbierende Verbindung (Typ 1) aus Hydroxyphenyl-benzotriazol-Derivaten
ausgewählt;
die beispielsweise aus einer Reaktion von Methyl-3-(3-2H-benzotriazol-2-yl)-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat in Lösemittel
PEG 300 gewonnen werden.
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Vorteilhafterweise
liegt die UV(Typ 1)-absorbierende Verbindung in einer Menge von
0,1 bis 2% Gewichtsprozent vor.
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Insbesondere
wird die UV-absorbierende Verbindung (Typ 2) aus Triazin-Derivaten
ausgewählt;
beispielsweise (Tinuvin), welches eine 85%-ige Lösung einer aktiven Substanz
CAS 153519-44-9 in 1-Methoxy-2-propanol ist.
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Vorzugsweise
kann die Endbeschichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen: eine Fungizidsubstanz in einer gewichtsbezogenen
Menge von 0,05 bis 1,5% Gewichtsprozent; eine UV-absorbierende Verbindung
(Typ 3), wie oben erwähnt wurde.
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Vorzugsweise
kann die Endbeschichtung der vorliegenden Erfindung ein abschirmendes
festes Wachs umfassen. In der Praxis ist letzteres ein synthetisches
Polypropylenwachs, welches dazu beiträgt, die Intensität von UV-Strahlung
durch Dispersion der letzteren in alle Richtungen, welche im Raumwinkel
enthalten sind, zu reduzieren.
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Vorzugsweise
kann die Endbeschichtung der vorliegenden Erfindung Eisenoxide umfassen,
wie oben angeführt
wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
das kombinierte Beschichtungssystem eine dritte Formulierung (die im
Allgemeinen als „Füller" oder Zwischenprodukt bekannt
ist) umfassen, welche zwischen der ersten und der zweiten Formulierung
aufgebracht wird.
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Die
dritte Formulierung ist von einem auf dem Markt bekannten Typ, welcher
mit bestimmten Verbindungen versetzt wurde. Der Anmelder hat es als
zweckdienlich erkannt, dem Zwischenprodukt hinzuzufügen: eine
Beschichtungs-Antioxidansverbindung von dem Typ der sterisch gehinderten
Amine (HALS); beispielsweise ein Piperidylderivat in einer Menge
von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent; eine Fungizidsubstanz in einer Menge
von 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozent; eine UV-absorbierende Verbindung
(Typ 1) in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Ultraviolett(UV)-Strahlen
absorbierende Verbindung vom Typ 1, Typ 2 und Typ 3 eine Verbindung,
welche Ultraviolettstrahlung in einem bestimmten Bereich des UV-Spektrums
absorbiert, wobei jeder der Bereiche einen bestimmten Bereich von Strahlungsfrequenz-
und Wellenlängenwerten
aufweist.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Prozess zum Herstellen
des kombinierten Beschichtungssystems gemäß den Lehren, die einschlägig versierten
Fachleuten bekannt sind.
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Beispielsweise
wird das Harz in Wasserdispersion, beispielsweise ein Acrylharz,
in ein geeignetes Gefäß, welches
mit Mischelementen ausgestattet ist, eingebracht. Die verschiedenen
Komponenten werden nacheinander unter Rühren zugegeben, je nachdem,
ob die erste Formulierung, die zweite Formulierung oder die dritte
Formulierung hergestellt werden muss.
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Wenn
die Endbeschichtung (zweite Formulierung) hergestellt werden muss,
werden die folgenden Komponenten bei Raumtemperatur nacheinander
in das Gefäß unter
Rühren
zugegeben: eine UV-absorbierende Verbindung (Typ 1); eine Beschichtungs-Antioxidans-Verbindung; ein Egalisieradditiv;
ein Konservierungsmittel; ein Eindickungsadditiv; ein schaumhemmendes
Additiv; Eisenoxidpigmente; eine UV-absorbierende Verbindung (Typ 3); ein
Abschirmwachs und eine UV-absorbierende Verbindung (Typ 2).
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Wenn
ein Zwischenprodukt (dritte Formulierung) hergestellt werden muss,
wird derselbe Vorgang unter Rühren
bei Raumtemperatur wiederholt, wobei die erforderlichen Komponenten
nacheinander zugegeben werden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des
kombinierten Beschichtungssystems zum Herstellen einer transparenten Beschichtung
auf Holzfertigungsprodukten (Fenster, Türen, Balkone) für die externe
Anwendung.
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Die
Grundierung gemäß der vorliegenden Erfindung
(gebrauchsbereit) wird auf ein Holzsubstrat, das vorzugsweise abgeschmirgelt
(nicht mit chemischen Produkten vorbehandelt) wurde, mittels bekannter
Systeme wie Sprühen,
Eintauchen, Flutbeschichten und Pinselauftrag aufgebracht. Nach
dem Aufbringen der Grundierung wird die Oberfläche 4–16 Stunden lang getrocknet.
Hernach kann die Oberfläche
etwas mit einem Schmirgelpapier behandelt werden, und dann wird
die Endbeschichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgetragen, im Allgemeinen mittels Sprühsystemen.
Die behandelte Oberfläche
wird 10–24
Stunden lang getrocknet.
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Vorteilhafterweise
kann, nachdem die Grundierung aufgebracht und getrocknet wird, ein „Füller" oder Zwischenprodukt
(dritte Formulierung) anhand herkömmlicher Verfahren aufgebracht
werden. Der aufgebrachte Füller
wird 16–24
Stunden lang getrocknet. Hernach kann das Fertigungsprodukt vorteilhafterweise mit
einem Schmirgelpapier behandelt werden, und die Endbeschichtung
(zweite Formulierung) kann dann aufgebracht werden.
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ANWENDUNGSBEISPIEL
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Die
beiliegende A veranschaulicht einen vergleichenden
Versuch, bei welchem eine Traubeneichenoberfläche 1, die mit einem
herkömmlichen
Beschichtungssystem auf Wasserbasis behandelt wurde, und eine Traubeneichenoberfläche 2,
die mit dem Beschichtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
behandelt wurde, verglichen werden.
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Die
Oberfläche 1 ist
einer Aufbringung einer Grundierung auf Wasserbasis, welche ein
Acrylharz und bekannte Additive enthält; einer Aufbringung eines
Zwischenprodukts („Füllers"), welches ein Acrylharz
und bekannte Additive enthält;
und einer Aufbringung einer Endbeschichtung, welche ein Acrylharz
in Wasserdispersion, ein schaumhemmendes Mittel, Eisenoxid, ein
Wachs und bekannte Additive enthält,
unterzogen worden.
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Die
Oberfläche 2 ist
einer Aufbringung der ersten Formulierung; einer Aufbringung der
dritten Formulierung und einer Aufbringung der zweiten Formulierung
gemäß dem oben
beschriebenen Aufbringungsverfahren unterzogen worden.
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Nach
dem Trocknen wurden beide Oberflächen 1 und 2 in
südlicher
Richtung (unter Wahrung einer Neigung von 45 Grad in Bezug auf die
Vertikale) in einem im Freien gelegenen Expositionsfeld außerhalb
des Labors QUV-Lab in Homestead, Florida, der Sonne ausgesetzt.
Die Dauer der Exposition betrug 24 Monate. Die Exposition erfolgte
kontinuierlich, Tag und Nacht, während
der gesamten 24 Monate.
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Der
untere Abschnitt von beiden Oberflächen 1b und 2b wurde
mittels eines geeigneten Rahmens von der Sonne abgeschirmt, wohingegen
die Abschnitte beider Oberflächen 1 und 2 wie
oben beschrieben ausgesetzt waren.
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Am
Ende der 24 Monate wurden beide Oberflächen zur Analyse herangezogen.
Die Analyse ergab, dass die Oberfläche 2a, welche mit
dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelt wurde, eine Degradationsbeständigkeit aufwies, welche deutlich
höher als
jene der Oberfläche 1a ist,
wohingegen beide abgeschirmten Abschnitte 1b und 2b unverändert waren.
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Die
Oberfläche 1a zeigt
die volle Degradation des Beschichtungsfilms, welcher sich zur Gänze von
dem Substrat ablöste.
Darüber
hinaus weist das Substrat Anzeichen von Spalten und Oberflächendegradation
auf, was an der dunkelgrauen Färbung
zu erkennen ist. An den Spalten hat das Holz auf Grund der übermäßigen Absorption
von Feuchte und der nachfolgenden Degradation der Holzstruktur eine schwarze
Färbung
angenommen. Die schwarzen Bereiche weisen ferner eine Degradation
infolge der beginnenden Ausbreitung von Schimmel und Pilzen auf.
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Eine
Analyse der Oberfläche 2a zeigt,
dass der aufgebrachte Beschichtungsfilm noch im Wesentlichen ganz
ist und keine Anzeichen für
eine Degradation des Holzsubstrats zu erkennen sind.
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Die
oben beschriebenen Resultate wurden noch nie zuvor mit einer transparenten
Beschichtung erzielt, welche die natürliche Färbung von Holz ändert, ohne
dessen Struktur zu verdecken.
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BEISPIEL FÜR GRUNDIERUNG
(erste Formulierung)
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Eine
herkömmliche
Grundierung, die ein Acrylharz in Wasserdispersion von einem bekannten Typ,
93,7 Gewichtsprozent, enthält,
wird versetzt mit: einer Holz-Antioxidansverbindung
vom HALS-Typ (Piperidinoxylo-Derivat),
0,4 Gewichtsprozent; optional einem Fungizid (IPBC), 0,4 Gewichtsprozent;
einer UV-absorbierenden Verbindung (Typ 3)(Dispersion von mikronisiertem
Titandioxid), 2,5 Gewichtsprozent; optional einer Mischung aus transparenten
Eisenoxiden, 3 Gewichtsprozent.
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BEISPIEL FÜR ZWISCHENPRODUKT
(dritte Formulierung)
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Ein
herkömmliches
Zwischenprodukt („Füller") von bekanntem Typ,
welches eine Wasserdispersion von Acrylharzen, 98,7 Gewichtsprozent,
enthält,
wird versetzt mit: einer HALS-Beschichtungs-Antioxidansverbindung vom Piperidyl-Derivat-Typ,
0,4 Gewichtsprozent; optional mit einem Fungizid (IPBC), 0,4 Gewichtsprozent;
einer UV-absorbierenden Verbindung (Typ 1), Hydroxyphenyl-benzotriazol-Derivat,
0,5% Gewichtsprozent.
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BEISPIEL FÜR ENDBESCHICHTUNG
(zweite Formulierung)
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Eine
gemeinhin verwendete transparente, undurchsichtige Endbeschichtung,
welche eine Dispersion von Acrylharzen in Wasser, 95,35 Gewichtsprozent,
enthält,
wird versetzt mit einer Beschichtungs-Antioxidansverbindung vom
HALS-Typ (sterisch
gehindertes Amin), Piperidyl-Derivat, 0,8 Gewichtsprozent; optional
mit einem Fungizid (IPBC), 0,2 Gewichtsprozent; einer UV-absorbierenden
Verbindung (Typ 1), 1 Gewichtsprozent; einer UV-absorbierenden Verbindung
(Typ 2) vom Triazin-Derivat-Typ, 0,5 Gewichtsprozent; optional mit
einer UV-absorbierenden Verbindung (Typ 3), Dispersion von mikronisiertem
Titandioxid, 0,1 Gewichtsprozent; optional mit einem abschirmenden
Wachs, 2 Gewichtsprozent; optional mit einer Mischung aus transparenten
Eisenoxiden, 0,05 Gewichtsprozent.