NO115890B - - Google Patents

Description

Produkter for behandling av tre.

Denne oppfinnelse angår nye vandige produkter for trebehandling med en trekonserverende og/eller brannhemmende virkning.

Ved behandling av tre for å gjøre dette brannhemmende eller motstandsdyktig mot an-grep fra sopp eller insekter, er en brukbar metode å trykkimpregnere treet med et vandig trekonserverende og/eller brannhemmende middel. Blant de mest effektive konserverende produkter er de av kobber-krom-arsenattypen, som vanligvis anvendes i løsninger av styrke mellom 1 og 5 pst. og ved pH mellom 1,8 og 3,0. Etter be-handlingen overfører reduserende substanser i treet det seksverdige krom til treverdig, hvilket resulterer i en heving av pH og utfelling av et uløselig kobtoer-krom-arsenatkompleks inne i treet.

De mer effektive brannhemmende produkter er vanligvis basert på ammoniumsalter, f. eks. ammoniumfosfat eller sulfat, og/eller boraks, og blir i alminnelighet anvendt i løsninger av relativt høy styrke, f. eks. i området 10—20 vekt/ vol.pst., f. eks. impregneringen av celluloseholdige materialer med en emulsjon av talloljesyre-estere slik som beskrevet i det norske patent 90 469. Det er også blitt foreslått i norsk patent

93 434 å anvende en blanding av en syntetisk

harpiks og voks for å impregnere materialer som wall-board og kryssfinér. Slike brannhemmende produkter kan imidlertid slå ut eller bli vasket ut ved lengre tids utoeskyttethet mot vann og er normalt bare beregnet på bruk innendørs.

Selv om ovennevnte produkter er funnet å være effektive, mangler de den egenskap de konvensjonelle tjæreoljekonserveringsmidler har til å gi treet en viss grad av vannavstøtende evne. USA-patent 3 061 508 beskriver impregneringen av tre med et konserverende produkt omfattende en oppløsning av et konserveringsmiddel og en voks i et oljeoppløsningsmiddel. Vannavstøt- ende evne forbedrer treets værbestandighet, og bevarer i særdeleshet dets dimensjonene stabilitet ved å hindre svelling forårsaket av vannab-sorpsjon og krymping under tørking. Vannav-støtende midler har bare ubetydelig effekt på graden av absorpsjon av vanndamp i trevirke og har liten effekt på likevekts-fuktighetsinnholdet i treet, men de er normalt effektive når det gjel-der å redusere absorpsjon av flytende vann.

Det har vært foreslått å bruke voks-emulsjoner for å gi celluloseholdige materialer som hardpresset papp, fiberisolasjonsplater etc. og også visse tekstiler vannavstøtende evne. I man-ge av disse prosessene er voksemulsjonene blitt brukt i konsentrasjon rundt 5 pst., og det har vanligvis vært nødvendig med en etterfølgende varmebehandling for å oppnå den ønskede grad av vannavstøtende evne. Enn videre er tidligere beskrevne voksemulsjoner ustabile i nærvær av forskjellige trekonserverende og brannhemmende salter, slik at en kombinert behandling har vært utilfredsstillende.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er å skaffe stabile emulsjonsprodukter omfattende voks og et eller flere trekonserverende og/eller brannhemmende midler, og som er spesielt an-vendelige for å oppnå vannavstøtende evne sam-tidig med konserverende og/eller brannhemmende egenskaper i trevirke, hardpresset papp og fi-berplater.

I henhold til foran anførte vedrører oppfinnelsen produkter egnet for behandling av tre for å gi dette brannhemmende egenskaper og/eller konserverende egenskaper såvel som vann-tfra-støtende egenskaper som omfatter en vandig emulsjon av en hydrofob voks sammen med ett eller flere trekonserveringsmidler og/eller brannhemmende midler, og det karakteristiske for de nye produkter er at emulsjonen også inneholder et ikke-ionisk overflateaktivt middel som inneholder en eller flere polyoksyetylenkjeder eller en blanding av slike overflateaktive midler og at nevnte middel eller blanding av midler har et HLB (hydrofil-lipofUbalanse)-Jtall på mellom 12 og 22, fortrinnsvis mellom 14 og 18.

Som overflateaktivt stoff anvendes særlig fordelaktig en langkjedet fettalkohol med 10 til 18 karbonatomer eller et alkylfenolkondensat med minst 25 etylenoksydenheter i den kondenserte etylenoksydkjede.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den videre beskrivelse.

Produktene ifølge oppfinnelsen har en trekonserverende og/eller brannhemmende virkning og øker på grunn av voksemulsjonen treets vannavstøtende evne og hjelper derfor til å opp-rettholde treets dimensjonélle stabilitet når dette utsettes for vann- og værpåvirkning under ekstreme klimatiske forhold. Den vannavstøten-de evne forhindrer også at de oppløselige brannhemmende salter slår ut eller vaskes ut.

Det er funnet at ved å anvende ikke-ioniske overflateaktive stoffer med lange kjeder av etylenoksyd som referert til ovenfor, forblir emulsjonene stabile i nærvær av konserverende eller brannhemmende substanser endog ved de relativt høye saltkonsentrasj oner som kreves for de brannhemmende og trekonserverende produkter. De er i særdeleshet i stand til å motstå det høye oksydasjonspotensial til det seksverdige krom i de konvensjonelle kromkonserveringsmidler. Andre voksemulsjoner som er blitt prøvd i nærvær av de konvensjonelle kobber-krom-arsenat-trekonserveringsmidler og brannhemmende midler på ammoniumsalt-basis, har vist seg å være for ustabile for praktisk bruk. De ifølge oppfinnelsen mest foretrukne produkter er stabile i minst 12 uker seg om de inneholder seksverdig krom ved pH 1,8 til 3,0.

Det overflateaktive stoffs HLB (hydrofil-lipofUbalanse)-tall er fortrinnsvis mellom 14 og 18. HLB-verdier for en mengde forskjellige ikke-ioniske overflateaktive stoffer er beskrevet i læ-reboken «Physical Pharmacy» (E. W. Martin).

Emulsjonsmiddelet som anvendes, kan om-fatte en blanding av forskjellige emulsjonsmid-ler forutsatt at blandingens totale HLB ligger innenfor det angitte område.

Voksen i voks-emulsj onene er fortrinnsvis paraffinvoks og det er funnet at mens vokser med høyt smeltepunkt gir større vannavstøten-de evne, gir vokser med lavere smeltepunkt emulsjoner med større stabilitet. Generelt foretrekkes vokser med smeltepunkt i området 40 til 50°C, fortrinnsvis omkring 45°C.

Det er også funnet at stabiliteten av emulsjonen i produktene ifølge oppfinnelsen kan økes ved anvendelse av flytende eller halvfaste paraffiner i blanding med den faste voks, f. eks. konvensjonell flytende paraffin eller vaselin. Anvendes vaselin, skal denne fortrinnsvis ha et smeltepunkt i området 38 til 56°C (målt i sam-svar med British Standard Specification No. 894 av 1956), fordelaktig omkring 40°C, spesielt under anvendelse sammen med en paraffinvoks med smeltepunkt omkring 45°C.

Vektforholdet av voks til flytende eller halv-fast paraffin er fordelaktig mellom 45 : 55 og 70 : 30, fortrinnsvis omkring 55 : 45.

Etylenoksyd-kondensatene som ifølge oppfinnelsen anvendes som overflateaktive stoffer, er fortrinnsvis langkjedede fett-alkohol-konden-sater eller alkylfenolkondensater, hvor den kondenserte etylenoksyd-kjeden inneholder fordelaktig minst 25 etylenoksydenheter. Hydroksyl-delen er fortrinnsvis avledet fra en langkjedet fettalkohol med fra 10 til- 18 karbonatomer eller eri alkylfenol med fra 7 til 11 karbonatomer i dennes alkylgruppe, fordelaktig en nonylfenol. Spesielt brukbare kommersielle overflateaktive stoffer inkluderer «Lubrol W» (30 etylenoksydgrupper) og «Ethylan HP» (25 etylenoksydgrupper) og «Ethylan HA» (35 etylenoksydgrupper). Produktene i henhold til oppfinnelsen fremstil-les passende ved først å lage et vandig voksemul-sjonskonsentrat som inneholder det eller de overflateaktive stoffer, idet konsentratet tilset-tes til en vandig oppløsning av de trekonserverende og/eller brannhemmende forbindelser.

Konsentrasjonen av paraffiner i emulsjons-konsentratet, før innarbeiding i trebehandlingsproduktene ifølge oppfinnelsen, er fordelaktig lavere enn 70 vekt/vol.pst., idet de høyere kon-sentrasjoner er mer passende i praksis, f. eks. ca. 50 pst. Konsentrasjonen av det overflateaktive stoff i voksemulsjonskonsentratet ligger fordelaktig i området 4—6 vekt/vol.pst., fortrinnsvis ca. 5 pst.

Trebehandlingsproduktene ifølge oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis 0,1 til 3,0 vekt/vekt pst. voks, spesielt 0,3 til 1,5 vekt/vekt-pst., tilsvarende et innhold av 0,2 til 6,0 vekt/vekt-pst. av en 50 pst. voksemulsjon. Siden voksemulsjons-konsentratene som nevnt ovenfor, fordelaktig inneholder fra 4 til 6 vekt/vol.pst. overflateaktivt stoff, ligger således konsentrasjonen av overflateaktivt stoff i de endelige trebehand-lingsprodukter ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis i området 0,008 til 0,36 vekt/vol.pst., spesielt 0,05 pst. ved bruk av f. eks. en 50 pst. voksemulsjon. De relativt fortynnede voksemulsjoner ifølge oppfinnelsen foretrekkes fordi de tillater de vandige konserverings- eller brannhemmende midler å trenge godt inn i treet ved anvendelse av trykkimpregneringsmetoden, og allikevel blir vokspartiklene, ved en filtrasjonseffekt, konsentrert i treets ytre cellestruktur hvorved fåes et kontinuerlig beskyttende lag.

Trekonserveringskomponentene i de foreliggende produkter er fortrinnsvis av en type som inneholder en eller flere seksverdige kromfor-bindelser ved pH i området 1,8—8,0 sammen med salter av metaller som kobber eller sink, f. eks. i form av sulfater, og som fordelaktig inneholder arsenater. Seksverdig krom kan f. eks. være tilstede som et vannløselig dikromat, f. eks. ka-lium- eller natriumdiikromat, eller som et vann-løselig kromat, f. eks. natriumkromat, eller som kromsyre. Kobber eller sink kan være tilstede som sulfater eller arsenater. Kommersielt tilgjengelige produkter av denne type inkluderer

«Tanalith C» eller «CA», «Boliden K.» 33 og «Celcure A». Oppfinnelsen er også anvendelig for emulsjoner som omfatter voks og krom-fluor-arsenatprodukter (f. eks. slike som er basert på natriumkromatarsenpentoksyd, og natriumfluo-rid, som «Basilit UAS») og kobber-krom-borat-produkter (slike som Tanalith CBC»). I alminnelighet vil trekonserveringsproduktene ifølge oppfinnelsen inneholde fra 1 til 10 vekt-pst. tre-konserveringsmiddel.

De brannhemmende komponenter er fortrinnsvis ammoniumfosfater og/eller andre ammoniumsalter, med eller uten borater. Kommersielt tilgjengelige produkter inkluderer f. eks. «Pyrolith», «Minalith» og «Celcure F». De utgjør fortrinnsvis mellom 10 og 30 vekt-pst. av hele produktet.

Minalith har f. eks. sammensetningen: Diammoniumfosfat 10 % Ammoniumsulfat 60 % Natriumtetraborat 10 % Borsyre 20 %

Produktene ifølge oppfinnelsen gir spesielt gode resultater når de anvendes i tryikkimpreg-neringsprosesser, f. eks. i konvensjonelle syste-mer som Full Cell, Lowry og Reuping Systems. En beskyttelse mot vann som langt overstiger den forventete blir hyppig oppnådd efter en sådan trykkimpregnering. I slike prosesser finner det tilsynelatende sted en langsom filtrering av emulsjonspartikler i dybden av tre-strukturen hvilket effektivt blokkerer kapillarene mellom tre-cellene, særlig inne i parenkym-strålene.

For at oppfinnelsen kan bli godt forstått, gis følgende eksempler som illustrasjoner:

Eksempel 1.

Emulsjonene ble laget ved anvendelse av paraffinvoks med smeltepunkt 45°C og vaselin med sammensetning som illustrert i tabell 1.

<*>«Lubrol W.» Et langkjedet fettalkohol-etylenoksyd kondensat med 30 etylenoksydgrupper H.L.B, tall 14,9. Stabiliteten av disse emulsjonene og av 1 vekt/vekt-pst. spredning i 3 vekt/vol-pst. «Tanalith C» oppløsning sammen med den vannav-støtende evne av behandlete prøver av trevirke er angitt i tabell 2. «Tanalith C» har følgende sammensetning:

Metoden for prøving av vannavstøtende ev-ne i behandlet tre var som følger:

Prøvestykkene blir skåret av rett-fibret Scots Pine (Pinus sylvestris) splint og er 6,3 mil-limeter seksjoner tatt fra et stykke 2,9 cm. x 4,2 cm. i tverrgående tverrsnitt, årringene løper parallelt til 4,2 cm. dimensjonen. Det skjæres fem par prøvestykker, hvert par består av til-støtende seksjoner fra samme stykke. Prøvene blir kondisjonert til et fuktighetsinnhold ved likevekt på 12 pst. Et prøvestykke fra hvert par blir plasert i et begerglass, de fem prøvestykke-ne belastes og utsettes for et vacum på 6,5 cm. Hg i 15 minutter i en vakuumeksikator. Behand-lingsoppløsningen får så renne gjennom et rør som fører inn til begerglasset hvorefter vakuu-met frigjøres og prøvestykkene får gjennomblø-tes i 30 minutter. Overskudd av væske dreneres så av og de behandlede prøvestykker plasert i passende stativer som tillater fri luftsirkulasjon inntil et fuktighetsinnhold ved likevekt på 12 pst. er oppnådd. Hvert prøvestykke blir så neddykket i vann av 25°C i 30 minutter, og svellin-gen i tangensiell retning målt ved hjelp av et høvelig modifisert mikrometer til nærmeste 0,025 mm. Den prosentvise vannavstøtingsevne til det behandlede prøvestykke blir derefter beregnet efter følgende formel:

hvor a=svelling av ubehandlet prøvestykke og ta=svelling av behandlet prøvestykke.

Ved bruk av denne modofiserte metode for evaluering av. effektiv vannavstøtmgsevne for vannbårne konserveringsmidler og/eller brannhemmende midler som innbefatter et voksemul-sjonssystem, betrakter vi en vannavstøtingsevne ut over 50 pst. som tilfredsstillende.

Eksempel 2.

Prøver av Parana Pine (Pinus araucaria an-gustifolia) av tverrgående tverrsnitt 2,5 x 5 cm. og 10 cm. lengde ble trykkbehandlet med en 15 pst. oppløsning av «Pyrolith» inkorporert 1 pst, av et voks-emulsjonssystem med den følgende sammensetning:

«Pyrolith» har den følgende vekt-sammensetning: Følgende behandlinessyklus ble anvendt: I

Det ble oppnådd en absorpsjon av 8,6 liter pr. 28,3 liter hvilket gir. en netto tilbakeholdelse av tørt salt på 1,24 kg. pr. 28,3 liter, og en midlere voks-ladning på 0,86 kg. pr. 28,3 liter, hvilken for størsteparten var konsentrert i de ytre celler av

trevirket ved filtrering under trykkbehandlin-gen.

Det ble bekreftet at som et resultat av denne behandling, hadde trevirket en vannavstøt-ende evne på 62 pst., og ved å la ende-årringene av det behandlede trevirke stå neddykket i 13 mm. vann, ble det bekreftet at avstøtingen av den høye ladning av ikke-ifiksert brannhemmende salt var sterkt redusert sammenlignet med en tilsvarende prøve behandlet under de samme be-tingelser med «Pyrolith» salter uten emulsjons-additivet.

Eksempel 3.

Prøver av Radiata Pine (Pinus radiata) av dimensjoner 2,5 x 5 x 10 cm. ble trykkbehandlet med en 3 pst. oppløsning av «Tanalith» C inkorporert 1 pst. voks-emulsjonssystem med følgen-de sammensetning:

Følgende behandlingssyiklus ble anvendt: Vakuum 15 min. ved 65 cm Hg. Trykk 1 time ved 5,6 kg/cm<2>

Det ble oppnådd en absorpsjon av 16,8 liter pr. 28,3 liter, hvilket gir en netto tilbakeholdelse av tørt salt på 0,51 kg. pr. 28,3 liter, og en midlere voksladning på 0,86 kg. pr. 28,3 liter. Det ble bekreftet at som et resultat av denne behandling hadde trevirket en vannavstøtende evne på 53 pst.

Eksempel 4.

Emulsjoner ble laget nøyaktig som beskrevet i eksempel<9>bortsett fra at det i stedet for «Lubrol W» ble brukt følgende kombinasjoner av overflateaktive stoffer: a) «Texafor A90» + «Pluronic L81» i vektforholdet 4 : 1. Totalt H.L.B. tall = 16,4. b) «Ethomid HR/60» + «Ethofat 60/2» i vektforholdet 1 : 1, totalt H.LB. tall = 15,8. c) «Lubrol W» + «Pluronic L81» i vektforholdet 4 : 1, totalt H.L.B, tall = 12,5.

Disse emulsjoner viste god stabilitet når de ble blandet med en 3 pst. oppløsning av «Tanalith C» i et forhold på 1 pst.

Eksempel 5.

Tilsvarende prøver av bøk (Fagus sylvatica) 30 cm. x 10 om. x 2,5 cm. ble fremstilt og merket

alternativt A og B. B-prøvene ble holdt tilbake som blindprøver og A-prøvene ble trykkbehandlet med en 3 pst. «Tanalith» CA oppløsning som inneholdt 1 pst. av en voksemulsjon av følgende sammensetning:

«Tanalith» CA har følgende vektsammensetning:

Følgende behandlingssyklus ble anvendt:

Vakuum — 30 min. ved 65 cm Hg.

Trykk — 2 timer ved 10,5 kg/cm<2>.

Det ble oppnådd en absorpsjon på 11,8 liter pr. 28,3 liter hvilket gir en midlere voksladning på 64 g pr. 28,3 liter.

Alle prøvene ble kondisjonert til 12 pst. fuktighetsinnhold, anbrakt i en prøveanordning for værbestandighet og i løpet av en syklus på 6 timer ble hver prøve utsatt for: a) Fullstendig gjennombløting ved hjelp av vannstråler; b) Partiell tørking ved hjelp av en luftstrøm; c) Utsetting for varme som gir en overflate-temperatur på 75—90°C ved hjelp av en stråle-heter og reflektor; og

d) Utsetting for ultrafiolett stråling.

Efter 20 døgn av sådan utsetting ble prøvene

fjernet og undersøkt på forringelse. De behandlede B-prøver viste heftig vridning og revning og hadde slått seg.

Eksempel 6.

Tilsvarende prøver av Western Hemlock (Tsuga heterophylla) 30 x 10 x 2,5 cm. ble fremstilt og merket alternativt A og B. B-prøvene ble holdt tilbake som blindprøver og A-prøvene ble behandlet med en 3 pst. oppløsning av «Tanalith» C inkorporert 1 pst. av en voksemulsjon med følgende sammensetning:

Følgende behandlingssyklus ble anvendt:

Vakuum — 30 min. ved 65 cm Hg.

Trykk — 2 timer ved 14 kg/cm<2>.

Det ble oppnådd en- absorpsjon på 10,9 liter pr. . 28,3 liter, hvilket gir en midlere voksladning på 65 g pr. 28,3 liter.

Alle prøvene ble kondisjonert til 12 pst. fuktighetsinnhold og utsatt for påvirkninger 1 prø-veanordningen for værbestandighet beskrevet i eksempel 5. Efter 20 døgn av sådan utsetting ble prøvene fjernet og undersøkt på forringelse. De behandlede prøver A viste ingen forringelse, mens de ubehandlede prøver B viste utstrakt sprekking og revning.

Eksempel 7.

To prøver av Redwood (Pinus sylvestris) 1,9 x 15 x 15 cm. ble fremstilt fra et stykke 1,9 x 15 x 30 cm. og merket A og B. B-prøven ble brukt som blindprøve og A-prøven ble trykkbehandlet med en 3 pst. oppløsning av nedenfor beskrevne konserveringskomposisjon inenholdende 1 pst. av en voksemulsjon av sammensetning:

Følgende behandlingssyklus ble anvendt:

Vakuum — 30 min. ved 65 cm Hg.

Trykk — 2 timer ved 10,5 kg/cm<2>.

Det ble oppnådd en absorpsjon på 15 liter pr. 28,3 liter, hvilket gir en midlere voksladning på 85 g pr. 28,3 liter.

Begge prøver ble kondisjonert til 12 pst. fuktighetsinnhold hvorefter de ble påsprøytet vann i 1 time. Den ubehandlede B-prøve absorberte 3,7 ganger mere vann enn den behandlede A-prøve.

Eksempel 8.

To prøver av Parana Pine (Araucaria an-gustifolia) ble fremstilt av et stykke 1,9 x 15 x 36 cm. Disse ble merket A og B; prøve B ble brukt som ubehandlet blindprøve og prøve A ble trykkbehandlet med en 3 pst. oppløsning av nedenfor beskrevne trekonserveringsoppløsning innehol-dende 1 pst. av en voksemulsjon av sammensetning:

I Vektsammensetning av konserveringsmidlet:

Følgende behandlingssyklus ble anvendt:

Vakuum — 30 min. ved 65 cm Hg.

Trykk 2 timer ved 10,5 kg/cm2.

Det ble oppnådd en absorpsjon på 14,4 liter pr. 28,3. liter hvilket gir en midlere voksladning på 82 g pr. 28,3 liter.

En standard vanndråpe på 0,04 ml. ble anbrakt på overflaten av begge prøvene. På prøve A falt høyden av dråpen 28 pst. på 30 min. beregnet ut fra målinger med et bevegelig mikro-skop. På prøve B ble dråpen absorbert fullstendig i trevirket efter 4 minutter.

Claims (4)

1. Produkter for behandling av tre for å gi dette brannhemmende egenskaper og/eller konserverende egenskaper såvel som vannfrastøten-de egenskaper, som omfatter en vandig emulsjon av en hydrofob voks sammen med et eller flere trekonserveringsmidler og/eller brannhemmende midler, karakterisert ved at emulsjonen også inneholder et ikke-ionisk overflateaktivt middel som inneholder en eller flere polyoksyetylenkjeder eller en blanding av slike overflateaktive midler, og at nevnte middel eller blanding av midler har et HLB (hydrofil-lipofil-balanse)-tall på mellom 12 og 22, fortrinnsvis mellom 14 og 18.

2. Produkter som angitt i krav 1, karakterisert ved at det overflateaktive middel er et kondensat av en langkjedet fettalkohol, som inneholder 10 til 18 karbonatomer, eller et alkylfenolkondensat, hvor den kondenserte etylenoksydkjede inneholder minst 25 etylenoksydenheter.

3. Produkter som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at alkylfenolen inneholder 7 til 11 karbonatomer i alkylgruppen, og atv alkylfenolen fortrinnsvis er nonylfenol.

4. Produkter som angitt i hvilket som helst • av de foregående krav, karakterisert ved at konsentrasjonen av det overflateaktive middel er ca. 0,008—0,36 vekt/vol-pst,, fortrinnsvis 0,05 vekt/vol-pst.