WO2005058565A1 - Verwendung von benzotriazolderivaten zur lichtstabilisierung von holzsubstraten - Google Patents

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WO2005058565A1
WO2005058565A1 PCT/DE2004/002776 DE2004002776W WO2005058565A1 WO 2005058565 A1 WO2005058565 A1 WO 2005058565A1 DE 2004002776 W DE2004002776 W DE 2004002776W WO 2005058565 A1 WO2005058565 A1 WO 2005058565A1
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WO
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wood
formula
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wooden
composition
Prior art date
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PCT/DE2004/002776
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English (en)
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Inventor
Stefan Friebel
Kirsten Wittenberg
Sandra Hennecke
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2005058565A1 publication Critical patent/WO2005058565A1/de

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3467—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having more than two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3472—Five-membered rings
    • C08K5/3475—Five-membered rings condensed with carbocyclic rings

Definitions

  • the invention relates to the use of certain benzotriazole derivatives in compositions for the treatment of wooden substrates, which essentially prevent a color change of the lignin in the wooden substrates.
  • the invention relates in particular to the use in transparent or semi-transparent coating materials, e.g. in varnishes for coating wood with special weather and light-protecting properties, which not only protect the polymer from photochemical degradation, but also the wood from discoloration due to solar radiation. Areas of application include the coatings of wooden facades, windows, doors, wooden cladding, wooden stairs, parquet floors and wooden furniture.
  • the disadvantage particularly when used in clear lacquers, is the still insufficient protection of the wood in the spectral range of over 390 nm and the somewhat opaque appearance of the coating materials produced with it, due to the residual scatter reflection of the nano-metal oxides. Such a scattering reaction is not always desirable.
  • Another protective measure against damaging UV radiation is UV shielding.
  • the principle of action of this method is the complete shielding of UV radiation by adding UV-absorbing iron oxide pigments.
  • iron oxide pigments have the decisive disadvantage that they can only be used to produce colored coating materials, so that they are not suitable, for example, for producing colorless coating materials.
  • coating materials that contain iron oxide are difficult to crosslink with UV light. They also tend to peel off the paint film and chalk out the pigment after only a few years.
  • UV-absorbing additives in coatings delay the color change due to solar radiation in the wood, but cannot prevent it.
  • the UV transmission between 280 nm and 400 nm in the case of commercially available benzotriazoles, as described, for example, in US Pat. No. 4,853,471 and DE 69719990, is approximately 8% to 12%, depending on the derivative.
  • the conventional UV absorbers such as benzotriazoles or Hydroxyphenyltriazine contain sunlight, usually darken after a few weeks. Even in interiors where only artificial light is available, UV absorbers, in combination with radical scavengers (e.g. HALS (Hindered Amine Light Stabilizer)), only delay the darkening of the coated wood for a short time, but they do not prevent it.
  • radical scavengers e.g. HALS (Hindered Amine Light Stabilizer)
  • benzotriazole derivatives as represented in the following by the formula (I), are mentioned in the patent specification DE 699 02 166 T2, in which they are used for the protection of polycarbonates.
  • the advantage of the chemical connection from the UV absorber to the polycarbonate is emphasized, which prevents pressing out during the extrusion process.
  • 2- (2'-Hydroxy-5'-methacryloxyethylphenyl) -2H-benzotriazole and 2- (2'-hydroxy-5'acryloxyethylphenyl) -2H-benzotriazole are mentioned as crosslinking UV absorbers. It is not taught that this class of compounds can be used in protective coatings for wood itself.
  • German patent DE 696 01 188 T2 describes a radiation-curable coating material for thermoplastics, which contains compounds of the formula (I). Here too, the photochemical crosslinkability of the molecule absorbing UV light is emphasized.
  • U.S. Patent 4,528,311 also describes a class of monomeric 2-hydroxy-5-acryloxyphenyl-2H-benzothazoles which are copolymerizable with vinyl monomers to give thermoplastic resins. From these
  • Copolymers are objects such as Lenses, pourable with ultraviolet light absorbing properties.
  • Japanese Patent Application 2001-63581 describes a composition for the treatment of wood which includes, inter alia, a reaction product of the compound of the formula (I) and aminoalkyltrialkoxysilane or thioalkyltrialkoxysilane.
  • the compound described in this application is therefore not the compounds of the formula (I) used according to the invention, but rather a very different compound with different properties.
  • the reaction product described above allows binding to cellulose. Protection of the lignin against discoloration and the eventual decomposition of the lignin is not intended and is not expected.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a composition which, as a coating material or impregnating material for wooden substrates, prevents a color change and subsequent decomposition of the lignin in the wooden substrates over a longer period of time; this protective coating advantageously also increases the weather resistance of the wooden substrate.
  • the present invention thus relates to the use of a compound of the formula I in a composition as a coating material for a wooden substrate.
  • This composition largely prevents the color of the wood, especially the lignin in the wood, from being exposed to direct or indirect sunlight.
  • the preferably polymeric coating materials according to the invention have a long-term color-stabilizing effect on the wood. According to the invention, this effect is achieved by adding a compound of the formula (I) to the coating material.
  • the compound of the formula (II) 2- (2'-hydroxy-5'-methacryloxyethylphenyl) -2H-benzotriazole is particularly preferred.
  • the coating materials preferably comprise polymeric coating materials, as are usually used in the processing of wooden substrates.
  • the coating penetrates the wood itself. The penetration is usually limited to the outer areas of the wooden substrate. Impregnation of the wooden substrate is also conceivable.
  • the object is therefore achieved by, preferably in polymeric coating materials, for example air-drying polyacrylates, polyurethane acrylates, Polycarbonates, polyesters, alkyd resins, compounds of formula (I) are used and applied directly to wood. It is important to have direct contact between (I) and the wooden substrate, especially the lignin, so that the light-protecting effect comes into play.
  • polymeric coating materials for example air-drying polyacrylates, polyurethane acrylates, Polycarbonates, polyesters, alkyd resins, compounds of formula (I) are used and applied directly to wood. It is important to have direct contact between (I) and the wooden substrate, especially the lignin, so that the light-protecting effect comes into play.
  • X represents a hydrogen or halogen atom
  • R1 represents a hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • R2 is an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • R3 is a hydrogen atom or a methyl group.
  • the total amount of (I) in the coating is 0.01 to 15 parts by weight.
  • the use of the compound of the formula (I) according to the invention is possible in self-crosslinking and externally crosslinking systems, an optional coupling of the compound of the formula (I) to the other components of the composition taking place only after the compound of the formula (I ) has come into direct contact with the wood components, especially the lignin.
  • the use according to the invention takes place in a UV-crosslinking lacquer.
  • compositions of lacquers which are customary for wood substrates and which contain the compound of the formula (I) are preferred.
  • the compounds of the formula (I) can be present individually or in combination of two or more in the protective coating according to the invention. This compound / these compounds is preferably present in an amount of 0.01 to 15% by weight, based on the total amount of the coating. The amount is preferably 0.1 to 5% by weight.
  • the compositions for a polymeric coating material in which the compound of the formula (I) are used according to the invention can further comprise customary additives.
  • the protective coating can also contain: defoamers, e.g. Polyether-modified dimethylpolysiloxanes, silicone-free foam-destroying polymers, mixtures of paraffin-based mineral oils and hydrophobic components.
  • defoamers e.g. Polyether-modified dimethylpolysiloxanes
  • silicone-free foam-destroying polymers e.g., silicone-free foam-destroying polymers, mixtures of paraffin-based mineral oils and hydrophobic components.
  • Surface additives may be mentioned as further conventional additives, e.g. Polyether-modified dimethylsiloxanes, polymethylalkylsiloxanes, alkyl-modified polymethylsiloxanes, polyester-modified polydimethylsiloxanes.
  • composition may also be a solvent, e.g. Contain butyl glycol or butyl diglycol.
  • a rheology additive can be mentioned as further additives, e.g. Polyhydrocarboxylic acid amide or modified urea.
  • Another common additive is a photoinitiator, e.g. alpha-hydroxy ketone, bisacylphosphonium oxide, monoacylphosphine derivatives.
  • the following can be mentioned as further UV absorbers: benzotriazole derivatives, benzotriazine derivatives.
  • Possible radical scavengers include bis (tetramethylpiperidyl) sebacate, bis (pentamethylpiperidyl) sebacate.
  • the coating in which the compounds of the formula (I) according to the invention are used is a transparent or semitransparent coating.
  • the coating material is used as a primer and any other coating material can be applied to the wood substrate.
  • These further coatings, which are not in direct contact with the wooden substrate, can also contain compounds of the formula (I).
  • the compound of formula (I) can also be contained in a pickling agent for pickling the wooden substrate. The compound can also be applied directly to the wood substrate as a solution in a suitable solvent.
  • Wood facades, windows, doors, wooden cladding, wooden stairs, parquet floors and wooden furniture can be mentioned as examples of wooden substrates.
  • the compounds of the formula (I) are preferably used to prevent light woods, such as ash, maple, birch, pine, spruce and larch, from discoloration or other changes due to external influences, such as fading or darkening.
  • Another embodiment of the present invention is the use of the compound of the formula (I) for the treatment of softwoods, in particular light softwoods such as pine, spruce and larch.
  • a coating material according to the present invention is applied directly to the wooden substrate. That is, the compounds of the invention can be in direct contact with the wood components, e.g. kick the lignin.
  • the compounds of the formula (I) are not bound to the polymers in the coating composition.
  • the compounds of formula (I) are coupled to the (pre) polymer components only after the composition has been applied to the wood. This represents a significant difference from the prior art, in which the compounds of the formula (I) are polymerized with the other components (pre) during the preparation of the coating composition and therefore cannot penetrate into the wood.
  • the coating materials according to the invention have the advantage that, compared to the wooden substrate, they also provide high light protection in the visible spectral range and represent light-stable coatings.
  • the coated wood is no longer discolored by direct or indirect sunlight.
  • Another advantage is that these coating systems can also be networked using the very economical technology of radiation curing (eg by UV radiation).
  • the coatings are preferably transparent, so that the wood grain comes into full effect and is not covered by pigments. The production technology of the layers is economically efficient and easy to implement.
  • UV-crosslinkable aliphatic polyurethane acrylate 75.7% by weight hexanediol diacrylate 17.0% by weight
  • Polyether-modified dimethylpolysiloxane copolymer 1.5% by weight
  • Quartz 10.0% by weight (l-hydroxycyclohexyl) phenyl ketone 2.0% by weight
  • Polyether-modified dimethylpolysiloxane copolymer 2.5% by weight
  • a coating material according to Example 4 was exposed to outdoor weathering for 1 year (south direction, 45 ° inclination, location: Braunschweig, Germany).
  • the coating material according to Example 4 was applied at a total of 250 g / m 2 to a wooden substrate (pinewood, untreated) in two layers by means of an air-mix spraying process with intermediate drying.
  • the color value of the wood, ⁇ E (determined using the CIE-L * a * b * system according to DIN 6174) after weathering deteriorated by 6 to 8 values, also when using coating materials containing conventional benzotriazoles and light stabilizers.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten Benzotriazolderivaten in Zusammensetzungen zur Behandlung von Holzsubstraten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen, die ein Nachdunkeln oder Ausbleichen and Verwittern von Holzsubstraten im Wesentlichen verhindern. Anwendungsgebiete der erfindungsgemässen Zusammensetzungen und deren Verwendung schliesst Beschichtungen von Holzfassaden, Fenstern, Türen, Holzverkleidung, Holztreppen, Parkettboden und Holzmöbel ein.

Description

Verwendung von Benzotriazolderivaten zur Lichtstabilisierung von Holzsubstraten
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten Benzotriazolderivaten in Zusammensetzungen zur Behandlung von Holzsubstraten, die eine Farbveränderung des Lignins in den Holzsubstraten im Wesentlichen verhindern. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung in transparenten oder semitransparenten Beschichtungsstoffen, z.B. in Lacken zur Beschichtung von Holz mit speziellen wetterund lichtschützenden Eigenschaften, die nicht nur das Polymer vor photochemischer Degradation, sondern auch das Holz vor Verfärbung durch Sonneneinstrahlung schützen. Anwendungsgebiete sind u.a. die Beschichtungen von Holzfassaden, Fenstern, Türen, Holzverkleidungen, Holztreppen, Parkettböden und Holzmöbel.
Stand der Technik
Werden als Beschichtungsstoffe für Holz transparente oder semitransparente Lacküberzüge angewandt, führt energiereiche Strahlung aus dem Sonnenspektrum zu Abbaureaktionen im Beschichtungsstoff. Aber auch das Lignin in der darunterliegenden Holzoberfläche wird gerade bei der Verwendung von transparenten oder semitransparenten Lacküberzügen durch Sonnenlichteinwirkung zunächst verfärbt und bei längerem Einfluss sogar zerstört. Dieses kann in Kombination mit Feuchte zum Ablösen des Beschichtungsstoffes führen. Zur Lichtstabilisierung werden dem Beschichtungsstoff üblicherweise organische UV-Absorber, meist in Kombination mit Radikalfängern und Pigmenten zugegeben. Diese UV-Absorber dienen der Lichtstabiliserung der Beschichtung aber nicht der Lichtstabilisierung des Holzsubstrates und des darin vorhandenen Lignins. Die organischen UV-Absorber haben den Nachteil, dass sie nur UV-Licht absorbieren und hier sogar nur einen Teil des UV-Lichtspektrums filtern. Dem Fachmann ist jedoch bekannt, dass das Lignin photochemisch bis zu einer Wellenlänge von 500 nm und darüber hinaus geschädigt wird, was sich in einer Verfärbung äußert. Diese Verfärbung tritt auch bei diffusem Innenlicht in Wohnräumen auf. Die Folge ist ein unerwünschtes Nachdunkeln des Holzes unter dem meist transparenten polymeren Beschichtungsstoff. Als eine Lösung werden z.B. in der US-Patentschrift 5,817,160 Nano-Metalloxide, wie z.B. Ti02, beschrieben, die die Eigenschaften besitzen, UV-Licht zu absorbieren, im sichtbaren Licht jedoch transparent zu sein. Der entscheidende Vorteil bei der Verwendung von Nano-Metalloxiden im Gegensatz zu den organischen UV-Absorbern ist, dass sie selbst kaum einem photochemischen Abbau ausgesetzt sind und damit als langzeitstabil gelten. Der Nachteil, insbesondere bei der Anwendung in Klarlacken, ist der noch unzureichende Schutz des Holzes im Spektralbereich von über 390 nm und das etwas opake Erscheinungsbild der damit hergestellten Beschichtungsstoffe, bedingt durch die restliche Streureflexion der Nano-Metalloxide. Eine solche Streureaktion ist aber nicht immer erwünscht. Eine andere Schutzmaßnahme gegen die schädigende UV-Strahlung ist die UV-Abschirmung. Das Wirkprinzip dieser Methode ist die komplette Abschirmung der UV-Strahlung durch Zusatz von UV-absorbierenden Eisenoxidpigmenten. Eisenoxidpigmente weisen aber den entscheidenden Nachteil auf, dass mit ihnen nur farbige Beschichtungsstoffe realisierbar sind, so dass sie z.B. zur Herstellung farbloser Beschichtungsstoffe nicht geeignet sind. Im Gegensatz zu den organischen UV-Absorbern und Lichtschutzmitteln, lassen sich Beschichtungsstoffe, die Eisenoxid enthalten, nur schwer mit UV-Licht vernetzen. Sie neigen außerdem nach nur wenigen Jahren zum Abblättern des Lackfilms und Auskreiden des Pigmentes.
Die bisher eingesetzten UV-Absorber und Lichtschutzmittel in transparenten
Beschichtungsstoffen für den Innenbereich sind nur in der Lage, die Holzvergilbung durch Lichteinfluss zeitlich ein wenig zu verzögern. Nach wenigen Monaten ist aber in der Regel eine visuelle Vergilbung des Holzsubstrates zu beobachten. Wie dem Fachmann bekannt ist, liegt die Ursache hierfür darin, dass sich der Holzbestandteil Lignin bis zu Wellenlängen jenseits von 500 nm zu farbgebenden chinoiden Strukturen photochemisch umwandelt. Auch die Zugabe von Radikalfängern kann diesen Mechanismus nicht stoppen.
Dem Fachmann ist weiterhin bekannt, dass UV-absorbierende Zusätze in Beschichtungen die Farbveränderung durch Sonneneinstrahlung im Holz verzögern, jedoch nicht verhindern können. Die UV-Durchlässigkeit zwischen 280 nm und 400 nm beträgt bei handelsüblichen Benzotriazolen, wie z.B. in US 4,853,471 und DE 69719990 beschrieben, je nach Derivat etwa 8 % bis 12 %. Setzt man beschichtete Holzbauteile, die herkömmliche UV-Absorber, wie Benzotriazole oder Hydroxyphenyltriazin enthalten, Sonnenlicht aus, dunkeln sie in der Regel nach wenigen Wochen sichtbar nach. Selbst in Innenräumen, in denen nur künstliches Licht vorhanden ist, verzögern UV-Absorber auch in Kombination mit Radikalfängern (z.B. HALS (Hindered Amine Light Stabilizer)) nur kurzzeitig das Nachdunkeln des beschichteten Holzes, sie verhindern es jedoch nicht.
Bestimmte Benzotriazolderivate, wie sie im folgenden mit der Formel (I) dargestellt sind, werden in der Patentschrift DE 699 02 166 T2 erwähnt, in der sie zum Schutz von Polycarbonaten eingesetzt werden. Hier wird der Vorteil der chemischen Anbindung von dem UV-Absorber zu dem Polycarbonat hervorgehoben, was ein Herauspressen während des Extrusionsvorgangs unterbindet. Es werden 2-(2'-Hydroxy- 5'methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol und 2-(2'Hydroxy-5'acryloxyethylphenyl)- 2H-benzotriazol als vernetzende UV-Absorber erwähnt. Es wird nicht gelehrt, dass diese Verbindungsklasse in Schutzbeschichtungen für Holz selbst verwendet werden kann. Die deutsche Patentschrift DE 696 01 188 T2 beschreibt einen strahlenhärtbaren Beschichtungsstoff für Thermoplaste, der Verbindungen der Formel (I) beinhaltet. Auch hier wird die photochemische Vernetzbarkeit des UV-Licht absorbierenden Moleküls hervorgehoben. Das U.S.-Patent 4,528,311 beschreibt ebenfalls eine Klasse von monomeren 2-Hydroxy-5-acryloxyphenyl-2H-benzothazolen, die mit Vinylmonomeren unter Erhalt thermoplastischer Harze copolymerisierbar sind. Aus diesen
Copolymerisaten sind Gegenstände, wie z.B. Linsen, mit Ultraviolettlicht absorbierenden Eigenschaften gießbar.
Weiterhin wird in der japanischen Patentanmeldung 2001-63581 eine Zusammensetzung zur Behandlung von Holz beschrieben, die u.a. ein Reaktionsprodukt aus der Verbindung gemäß der Formel (I) und Amino- alkyltrialkoxysilan oder Thio-alkyltrialkoxysilan beinhaltet. Bei der in dieser Anmeldung beschriebenen Verbindung handelt es sich also nicht um die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen der Formel (I), sondern um eine dazu sehr verschiedene Verbindung mit anderen Eigenschaften. Gemäß dieser Anmeldung erlaubt das oben beschriebene Reaktionsprodukt eine Bindung an Cellulose. Ein Schutz des Lignins vor Verfärbung und der letztendlichen Zersetzung des Lignins ist nicht vorgesehen und nicht zu erwarten. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung bereitzustellen, die als Beschichtungsstoff oder Imprägnierstoff für Holzsubstrate eine Farbveränderung und eine spätere Zersetzung des Lignins in den Holzsubstraten über einen längeren Zeitraum verhindert, vorteilhaft erhöht diese Schutzbeschichtung auch die Wetterbeständigkeit des Holzsubstrats.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei Verwendung von Verbindungen der Formel (I) in Beschichtungsstoffen, die direkt mit Holz und insbesondere mit dem Lignin im Holz in Berührung kommen, sich das Holz bei Sonneneinstrahlung aber auch bei künstlichem Licht im wesentlichen über einen grossen Zeitraum nicht verfärbt. Dieses ist umso überraschender als einerseits diese bestimmten Benzotriazolderivate gemäß Formel (I) nur als UV-absorbierende Verbindungen bekannt sind und andererseits auch die Absorptionsspektren dieser Verbindungen keinen Rückschluss erlauben, dass sie auch als Verbindungen wirken können, die eine Veränderung des Lignins im Holz und somit eine Verfärbung bzw. Zersetzung des Lignins signifikant verhindern.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit die Verwendung einer Verbindung gemäß Formel I in einer Zusammensetzung als Beschichtungsstoff für ein Holzsubstrat. Diese Zusammensetzung unterbindet bei direkter oder indirekter Sonnenlichteinstrahlung weitgehend eine Farbveränderung des Holzes, insbesondere des Lignins im Holz. Die erfindungsgemäßen, bevorzugt polymeren, Beschichtungsstoffe üben dabei eine langfristige farbstabilisierende Wirkung auf das Holz aus. Erfindungsgemäß wird diese Wirkung durch Zugabe einer Verbindung gemäß der Formel (I) zu dem Beschichtungsstoff erzielt. Besonders bevorzugt ist dabei die Verbindung gemäß der Formel (II) 2-(2'-Hydroxy-5'methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol.
Die Beschichtungsstoffe umfassen dabei bevorzugt polymere Beschichtungsstoffe, wie sie üblicherweise bei der Bearbeitung von Holzsubstraten Anwendung finden. Dabei dringt die Beschichtung in das Holz selbst ein. Das Eindringen beschränkt sich üblicherweise auf die äußeren Bereiche des Holzsubstrats. Eine Imprägnierung des Holzsubstrats ist aber ebenfalls vorstellbar.
Erfindungsgemäß wird daher die Aufgabe gelöst, indem man in bevorzugt polymeren Beschichtungsstoffen, z.B. luftrocknende Polyacrylate, Polyurethanacrylate, Polycarbonate, Polyester, Alkydharze Verbindungen der Formel (I) verwendet und direkt auf Holz appliziert. Wichtig ist hierbei der direkte Kontakt von (I) zum Holzsubstrat und dabei insbesondere dem Lignin, damit die lichtschützende Wirkung zur Geltung kommt.
Figure imgf000006_0001
Benzotriazol Derivat 0)
wobei X ein Wasserstoff- oder Halogenatom bedeutet; R1 ein Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen darstellt; R2 ist eine Alkylgruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und R3 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe. Der Gesamtanteil von (I) in der Beschichtung beträgt 0,01 bis 15 Gewichtsteile.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung von 2-(2'-Hydroxy-5'-Methacryloxy-ethyl- phenyl)-2H-benzotriazol.
Figure imgf000006_0002
2-(2'-Hydroxy-5'-Methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol (N) Bei Verwendung der geeigneten Verbindungen gemäß der Formel (I) in strahlenvernetzbaren Beschichtungsstoffen (z.B. unter Vernetzung von polymerisierbarem polyfunktionalen Acrylat) können diese an diesen strahlenvernetzbaren Komponenten chemisch über die (Meth)acryloylgruppe angekoppelt werden. Dies verhindert eine Migration und ein Auswaschen der Verbindung gemäß Formel (I) und erlaubt somit einen dauerhaften Schutz vor schädlicher Sonneneinstrahlung.
Neben strahlenvernetzbaren Beschichtungsstoffenen können auch herkömmliche härtende Harze, wie sie üblicherweise in Beschichtungen für Holz, z.B. Lackfarben, verwendet werden, genutzt werden. Beispielhaft können hier genannt werden Acrylate, oxidativ vernetztende Alkyde, Einkomponenten-Polyurethanacrylate,
Zweikomponenten-Polyurethanacrylate oder säurehärtende Lacke. In diesen Fällen liegen die Verbindungen gemäß Formel (I) nicht an den Polymeren gebunden vor.
Das heißt, die erfindungsgemäße Verwendung der Verbindung gemäß Formel (I) ist in selbstvernetzenden und fremdvernetzenden Systemen möglich, wobei eine optionale Kopplung der Verbindung gemäß der Formel (I) an die weiteren Komponenten der Zusammensetzung erst erfolgt, nachdem die Verbindung gemäß der Formel (I) im direkten Kontakt mit den Holzbestandteilen, insbesondere dem Lignin, getreten ist. In einer bevorzugten Ausführungsform findet die erfindungsgemäße Verwendung in einem UV-vernetzendem Lack statt.
Bevorzugt werden Zusammensetzungen aus für Holzsubstrate üblichen Lacken, die die Verbindung gemäß der Formel (I) enthalten.
Die Verbindungen gemäß Formel (I) können dabei einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren in der erfindungsgemäßen Schutzbeschichtung enthalten sein. Bevorzugt liegt dabei diese Verbindung/diese Verbindungen in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Beschichtung vor. Bevorzugt liegt die Menge bei 0,1 bis 5 Gew.-%. Die Zusammensetzungen für einen polymeren Beschichtungsstoff in denen erfindungsgemäß die Verbindung der Formel (I) verwendet werden, können weiter übliche Additive enthalten.
Die Schutzbeschichtung kann weiterhin enthalten: Entschäumer, z.B. Polyethermodifzierte Dimethylpolysiloxane, silikonfreie schaumzerstörende Polymere, Mischungen paraffinbasischer Mineralöle und hydrophobe Komponenten.
Als weitere übliche Additive können Oberflächenadditive genannt werden, z.B. Polyethermodifizierte Dimethylsiloxane, Polymethylalkylsiloxane, Alkylmodifizierte Polymethylsiloxane, Polyestermodifizierte Polydimethylsiloxane.
Die Zusammensetzung kann weiterhin ein Lösemittel, z.B. Butylglykol oder Butyldiglykol enthalten.
Als weitere Additive kann ein Rheologieadditiv genannt werden, z.B. Polyhydrocarbonsäureamid oder modifizierter Harnstoff. Ein weiteres übliches Additiv ist ein Photoinitiator, z.B. alpha-Hydroxyketon, Bisacylphosphoniumoxid, Monoacylphosphinderivate. Als weitere UV-Absorber können genannt werden: Benzotriazolderivate, Benzotriazinderivate. Mögliche Radikalfänger schließen ein Bis(Tetramethylpiperidyl)sebacat, Bis(pentamethylpiperidyl)sebacat. Diese oben genannten Additive können allein oder in Kombination zu der Zusammensetzung gegeben werden. Die Verbindungen der Formel (I) können auch als an eine Polymer-gekoppelte Emulsion zu der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zugegeben werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei der Beschichtung, inder die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (I) verwendet werden, um eine transparente bzw. semitransparente Beschichtung. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird dabei der Beschichtungsstoff als Grundierung genommen und ein beliebiger weiterer Beschichtungsstoff kann auf das Holzsubstrat aufgetragen werden. Diese weiteren, nicht im direkten Kontakt mit dem Holzsubstrat stehenden Überzüge können ebenfalls Verbindungen der Formel (I) enthalten. Alternativ kann die Verbindung der Formel (I) auch in einem Beizmittel zum Beizen des Holzsubstrats enthalten sein. Die Verbindung kann auch direkt als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel auf das Holzsubstrat aufgebracht werden.
Als Holzsubstrat können beispielhaft genannt werden Holzfassaden, Fenster, Türen, Holzverkleidungen, Holztreppen, Parkettböden und Holzmöbel.
Das heisst, die Verwendung der Verbindungen gemäß Formel (I) ist sowohl für Hölzer im Aussen- als auch im Innenbereich möglich.
Im Prinzip sind alle Holzarten geeignet. Bevorzugt werden die Verbindungen gemäß der Formel (I) verwendet, um helle Hölzer, wie Esche, Ahorn, Birke, Kiefer, Fichte und Lärche vor einer Verfärbung oder einer anderen Veränderung durch Ausseneinwirkung, wie ein Ausbleichen oder Nachdunkeln, zu verhindern. Eine weitere Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Verbindung gemäß der Formel (I) zu Behandlung von Nadelhölzern, insbesondere hellen Nadelhölzern, wie Kiefer, Fichte und Lärche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Holzsubstraten, um diese vor Verfärbung durch Sonneneinstrahlung und andere witterungsverursachte
Veränderungen zu schützen, wird ein Beschichtungsstoff gemäß der vorliegenden Erfindung direkt auf das Holzsubstrat aufgetragen. D.h., die erfindungsgemäßen Verbindungen können im direkten Kontakt mit den Holzbestandteilen, z.B. dem Lignin treten. Dabei liegen die Verbindungen gemäß Formel (I) nicht an die Polymere in der Beschichtungszusammensetzung gebunden vor. Optional findet eine Kopplung der Verbindungen der Formel (I) an die (Prä-) Polymerkomponenten erst nach Applikation der Zusammensetzung auf das Holz statt. Dieses stellt einen wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik dar, bei dem die Verbindungen der Formel (I) bereits bei der Zubereitung der Beschichtungszusammensetzung mit den anderen Komponenten (pre)polymerisiert wird und somit nicht in das Holz eindringen kann.
Gegenüber dem Stand der Technik haben die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe den Vorteil, dass sie gegenüber dem Holzsubstrat auch im sichtbaren Spektralbereich einen hohen Lichtschutz ausüben und lichtstabile Beschichtungen darstellen. Das beschichtete Holz wird durch direktes oder auch indirektes Sonnenlicht nicht mehr verfärbt. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Beschichtungssysteme auch durch die sehr wirtschaftliche Technik der Strahlenhärtung (z.B. durch UV-Strahlung) vernetzt werden können. Darüber hinaus sind die Beschichtungen bevorzugt transparent, so dass die Holzmaserung voll zur Wirkung kommt und nicht durch Pigmente verdeckt wird. Die Herstellungstechnologie der Schichten ist ökonomisch effizient und leicht umsetzbar.
Im Folgenden werden Formulierungsbeispiele für die erfindungsgemäßen Beschichtungsstoffe aufgeführt.
Beispiele
Beispiel 1
UV-vernetzbares aliphatisches Polyurethanacrylat 75,7 Gew.-% Hexandioldiacrylat 17,0 Gew.-%
Polyethermodifiziertes Dimethylpolysiloxan-Copolymer 1 ,8 Gew.-%
(l-Hydroxycyclohexyl)-phenylketon 3,0 Gew.-%
Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid 0,5 Gew.-%
2-(2'-Hydroxy-5'-methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol 2,0 Gew.-%
Beispiel 2
Grundierung
Bisphenol-A-Epoxyacrylat 56,3 Gew.-%
Tripropylenglykol-diacrylat 21 ,0 Gew.-%
Polyethermodifiziertes Dimethylpolysiloxan-Copolymer 1 ,5 Gew.-%
Benzophenon 2,0 Gew.-%
(l-Hydroxycyclohexyl)-phenylketon 2,0 Gew.-% 2-(2'-Hydroxy-5'methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol 2,0 Gew.-%
Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid 0,2 Gew.-%
Talk 5,0 Gew.-%
Cristobalit 10,0 Gew.-% Transparenter Decklack
Tripropylenglykol-diacrylat 38,5 Gew.-%
Bisphenol-A-Epoxyacrylat 31 ,0 Gew.-% Aromatisches Urethandiacrylat 12,0 Gew.-%
Aminfunktionalisiertes Acrylat 3,0 Gew.-%
1 -[4-(2-Hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1 -propan-1 -on 2,5 Gew.-%
Silicondiacrylat 1 ,0 Gew.-%
Quarz 10,0 Gew.-% (l-Hydroxycyclohexyl)-phenylketon 2,0 Gew.-%
Beispiel 3
Oxidativ härtendes, acrylmodifiziertes, langöliges Alkydharz 36,0 Gew.-% Butylglykol 6,0 Gew.-%
Kobalthaltiger Katalysator 0,8 Gew.-%
Antihautmittel 0,2 Gew.-%
2-(2'-Hydroxy-5'-methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol 1 ,0 Gew.-%
Wasser 56,0 Gew.-%
Beispiel 4
Verzweigtes, hydrophiles Polyesterpolyol 88,2 Gew.-%
Hydrophiles aliphatisches polymeres HDI 3,7 Gew.-% Aliphatisches HDI-Trimer 3,7 Gew.-%
Dibutylzinndilaurat 0,1 Gew.-%
Polyethermodifiziertes Dimethylpolysiloxan-Copolymer 2,5 Gew.-%
2-(2'-Hydroxy-5'methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol 1 ,8 Gew.-% Beispiel 5
Ein Beschichtungsstoff gemäß Beispiel 4 wurde 1 Jahr lang einer Freilandwitterung ausgesetzt (südliche Richtung, 45° Neigung, Ort: Braunschweig, Deutschland).
Der Beschichtungsstoff gemäß Beispiel 4 wurde mit insgesamt 250 g/m2 auf ein Holzsubstrat (Kiefernholz, unbehandelt) in zwei Schichten mittels Air-Mix- Spritzverfahren mit Zwischentrocknung aufgetragen.
Ohne die erfindungsgemäße Zugabe der Verbindung gemäß Formel (I) in den Beschichtungsstoff hat sich der Farbwert des Holzes, ΔE (bestimmt mit CIE-L*a*b*- System nach DIN 6174) nach der Bewitterung um 6 bis 8 Werte verschlechtert, auch bei Verwendung von Beschichtungsstoffen, die konventionelle Benzotriazole und Lichtschutzmittel enthielten. In Gegensatz war mit der Verbindung gemäß Formel (I) die Verfärbung nahezu durch den Wert ΔE=0 gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verwendung der Verbindung gemäß der Formel (I):
Figure imgf000013_0001
wobei X ein Wasserstoff- oder Halogenatom bedeutet; R1 ein Wasserstoff oder Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen darstellt, R2 ist eine Alkylgruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und R3 ein Wasserstoffatom oder Methylgruppe zur Farbstabilisierung von Lignin in Holzsubstraten.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung gemäß Formel (I) 2-(2'-Hydroxy-5'-Methacryloxyethylphenyl)-2H-benzotriazol ist.
3. Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2 in einer Zusammensetzung zur Behandlung eines Holzsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen gemäß der Formeln (I) bzw. (II) in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung vorliegen.
4. Verwendung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zur Behandlung eines Holzsubstrats transparent bzw. semitransparent ist.
5. Verwendung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Polymerkomponente der Beschichtung mindestens eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat, Polyurethanacrylat, Polycarbonat, Polyester und Alkydharz ist.
6. Verwendung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zusammensetzung mindestens ein weiteres Additiv ausgewählt aus der Gruppe Entschäumer, Ober lächenadditive, Lösemittel, Rheologieadditive, Photoinitiatoren, UV-Absorber und Radikalfänger enthält.
7. Verwendung gemäß einem dervorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung enthaltend eine Verbindung gemäß der Formel (I) direkt auf das Holz aufgetragen wird.
8. Verwendung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Holzsubstrat ein helles Holz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Esche, Ahorn, Birke, Kiefer, Lärche oder Fichte ist.
9. Verwendung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anwendung im Innenbereich oder Aussenbereich stattfindet.
10. Verfahren zur Behandlung von Holzsubstraten zur Farbstabilisierung des Holzes, insbesondere des Lignins, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Verbindung gemäß Formel I enthaltende Zusammensetzung auf das Substrat aufgetragen wird, wobei die Verbindung gemäß Formel (I) in der Zusammensetzung in nicht polymerisierter oder gekoppelter Form vorliegt.
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