WO2015067291A1 - Mittel und verfahren zur verhinderung der tanninmigration aus holz - Google Patents

Mittel und verfahren zur verhinderung der tanninmigration aus holz Download PDF

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    • B27K3/34—Organic impregnating agents
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    • C08L89/04—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair
    • C08L89/06—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair derived from leather or skin, e.g. gelatin

Definitions

  • the present invention relates to the treatment of wood or
  • Wood products in particular for preventing the escape or migration of tannin from the wood. This leakage can be effectively prevented by treating the wood with a gelatin solution and / or with a wood treatment agent containing gelatin and derivatives.
  • tannins are polyhydroxyphenols which are soluble in both water, ethanol and acetone.
  • the vegetable tannins vary significantly in their chemical structure and biological activity. They are found in the wood bark of oaks, birch and chestnuts, in tropical hardwoods, in the pericarp of walnut, in grapes and in plant galls. Monomeric groups of tannins are also found in hops as well as in black and green tea.
  • Wood is widely used in the area of home, yard and garden as a building material.
  • Wood treatment has recently become more and more important for so-called low-emission agents, especially when the treatment is required for wood indoors.
  • wood When using wood as a building material e.g. As wooden ceilings or doors and windows, it is therefore often treated with water-soluble paints.
  • a common problem is the bleeding of water-soluble
  • Wood ingredients especially the tannins from the wood body, despite one
  • Tannin migration to use a wood paint containing a linear, partially deacylated poly (N-acyl) alkylenimine in the formulation This polymer can be previously applied directly to the wood or together with the wood paint in the formulation on the wood.
  • Zirconium carbonates incorporated in the polymeric wood paints. It has been coated with these means the wood and after
  • Aluminum and tin compounds formulated in the wood paints Aluminum and tin compounds formulated in the wood paints.
  • organo-inorganic compounds e.g. one
  • Neoalkoxy titanate incorporated into the coating compositions is disclosed as a tannin blocker.
  • These titanium compounds preferably have one or more amino functional groups. Also relevant in this connection is the US Pat. No. 6,531,223 in which a coating without a primer, ie a primer coat, is proposed.
  • Coating essentially contains two components, namely one
  • water-soluble latex emulsion and so-called microspheres which absorb little water.
  • microspheres include e.g. Sodium, or potassium aluminum silicate particles, glass beads, hollow glass beads, or also expanded acrylonitrile / vinylidene chloride copolymers u.a. It was essential here that the diameter of these particles, if possible not more than 210 [im should be.
  • Gelatin is a mixture of polypeptides, depending on the extraction with molecular weights of about 13500 to 500000 (determined by SDS gel electrophoresis or
  • Amino acid composition largely matches that of the collagen from which it is derived. It is odorless and practically colorless, insoluble in ethanol, ethers and ketones, soluble in ethylene glycol, glycerol, formamide and acetic acid.
  • essentially a gelatin solution which no longer exhibits the ability to gel, which is obtainable from a gelatin powder by dissolution in water can be used.
  • tanning where tannin is used as a tanning agent, especially for cross-linking the collagen present in the skins
  • the inventors have found that the use of gelatin, as a collagen degradation product, in the prevention of tannin migration can be used successfully and very good results.
  • tannins or tannins obtained from oak or spruce bark, mimosa and sumac and other wood species are used as bark tannins (“Gerberlohe"), in which process the collagen molecules apparently become tannins with the aid of tannins are, respectively contain, networked and thus permanently bound.
  • the tannin is converted into an insoluble gelatin (collagen) -Tannin complex, it forms a water-insoluble, colorless precipitate. In this way, tannin is virtually bound and prevents staining and bleeding.
  • gelatine can be spread or sprayed directly onto the wood surface as an aqueous solution. After this treatment, the wood can be aftertreated with any paint - the desired
  • the concentration of the aqueous gelatin solution is between 2 and 8 wt .-% moves.
  • Such a solution can be easily prepared by dissolving a gelatin powder in cold or warm water.
  • Gelatin powders are commercially available, in particular the types from Gelita, for example Collagen A or Biogel, for example Vitagel PLPR.
  • the amount of gelatin, which is applied per cm 2 of wood surface, is 5 to 10 mg / m 2 based on the wood surface.
  • Wood paints incorporate, which is possible without problems, because the gelatin has no adverse interactions with the wood paints or their components. In this approach, but the
  • Gelatine 1 liquid gelatine with 20% active ingredient
  • Gelatine 2 gelatine in powder form with 100% active ingredient / sourced from Switzerland
  • Gelatine 3 powdered gelatin containing 100% active ingredient / based on
  • the gelatin solutions were each thinly applied to an oak board (30 ⁇ 11 cm) with a brush and dried for 24 hours at room temperature.
  • the total order amount was always 2 g.
  • each of the two gelatin powders prepared a 10% aqueous solution, in all cases with distilled water.
  • gelatin solutions prepared were, as in Example 1, on a
  • Oak board (30 xx11 cm) applied thinly with a brush and dried for 24 hours at room temperature. Here, the total order amount was always 2 g. After drying, a white wood finish with a layer of 150 ⁇ layer thickness was applied to each pretreated piece of wood. The boards were at 25 ° C and 50% rel. Humidity stored for 1 week and then with a
  • Photometer of the brand "Minolta CR 200" carried out a whiteness measurement.
  • gelatin 2 showed the best results. Therefore, gelatin 2 was selected for Example 3.
  • Example 3 Gelatin was incorporated into the wood treatment agent (white wood finish)
  • the finished samples were stored for 24 hours at room temperature in a sealed box. Thereafter, they were applied with a doctor in amounts of 150 and 250 ⁇ layer thickness on an untreated oak board and at 25 ° C and 50% rel. Humidity stored for 1 week.
  • the whiteness measurement was carried out with the photometer "Minolta CR 200" / predecessor model of CR 400 /.
  • the wood varnish used in the tests has the frame formula below:

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Holz bzw. Holzprodukten, insbesondere zur Verhinderung des Austretens oder Migration von Tannin aus dem Holz, Dieses Austreten kann durch die Behandlung des Holzes mit einer Gelatinelösung und/oder mit einem Holzbehandlungsmittel, welches Gelatine- und Derivate enthält, wirksam verhindert werden.

Description

Mittel und Verfahren zur Verhinderung der Tanninmigration aus Holz
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Holz bzw.
Holzprodukten, insbesondere zur Verhinderung des Austretens oder Migration von Tannin aus dem Holz. Dieses Austreten kann durch die Behandlung des Holzes mit einer Gelatinelösung und/oder mit einem Holzbehandlungsmittel, welches Gelatine- und Derivate enthält, wirksam verhindert werden.
Es ist allgemein bekannt, dass bei der Verarbeitung bzw. Verwendung von Holz und Holzprodukten die im Holz enthaltenen Tannine trotz einer Behandlung mit
Anstrichmitteln, Pigmenten, austreten und sich durch störende Flecken bemerkbar machen, auch bekannt als staining oder„bleading- out" Phänomene".
Chemisch gesehen handelt es sich bei Tanninen um Polyhydroxyphenole, welche sowohl in Wasser, Ethanol als auch in Aceton löslich sind. Die pflanzlichen Tannine variieren deutlich in ihrer chemischen Struktur und biologischen Aktivität. Man findet sie in der Holzrinde von Eichen, Birken und Kastanien, in tropischen Edelhölzern, in der Fruchthülle der Walnuss, in Weintrauben sowie in Pflanzengallen. Monomere Gruppen der Tannine sind auch im Hopfen sowie in schwarzem und grünem Tee enthalten.
Holz wird im Bereich von Haus, Hof und Garten sehr vielfältig eingesetzt als Baustoff.
Es unterliegt Witterungseinflüssen, direktem Erdkontakt oder und wird dabei zerstört durch Bakterien, Pilze oder Insekten. Deshalb wird Holz im Allgemeinen behandelt, um sie dauerhaft vor diesen schädlichen Einflüssen zu schützen. Bei der
Holzbehandlung wird in letzter Zeit immer mehr Wert auf sog. schadstoffarme Mittel gelegt, vor allem dann wenn die Behandlung für Holz in Innenräumen erforderlich ist. Bei der Verwendung von Holz als Baumaterial z.B. als Holzdecken oder Türen und Fenster, wird es deshalb oft wasserlöslichen Anstrichmitteln behandelt. Ein häufig auftretendes Problem dabei ist das Ausbluten von wasserlöslichen
Holzinhaltsstoffen, vor allen der Tannine aus dem Holzkörper, trotz eines
oberflächlichen Anstrichs mit Lacken und Farben. Die austretenden Tannine bilden farbige, oft hässliche, aber jeden Fall unerwünschte Flecken und Verfärbungen. Besonders häufig ist eine solche verstärkte Verfärbung im Bereich der sog. Astlöcher der Hölzer zu sehen, weil dort die Konzentration von Tanninen häufig höher ist.
Der Trend bzw. die Gesetzgebung fordert jedoch immer mehr wasserbasierte
Anstrichmittel im Gegensatz zu Lösungsmittel haltigen Mitteln aus Gründen des Umweltschutzes. Vor allem deshalb sind die wasserbasierten Anstrichmittel bei Holz sehr stark verbreitet.
Das Problem der sog. Tanninmigration wurde im Stand der Technik unterschiedlich gelöst:
In US 4,104,228 und in 4,075,394 wurde vorgeschlagen zu Vermeidung
Tanninmigration, ein Holzanstrich zu verwenden, der eine lineare, partiell deacylierte Poly(N-acyl)alkylenimin in der Rezeptur enthielt. Dieses Polymere kann vorher direkt auf das Holz oder gemeinsam mit dem Holzanstrichmittel in der Formulierung auf das Holz aufgebracht werden.
In der US 6,485,786 wurde ein wasserbasiertes Tannin-blockierendes Anstrichmittel oder Coating vorgeschlagen, bestehend aus einem Emulsions-Copolymeren, welches aus ethylenisch ungesättigte Monomeren polymerisiert wird.
Eine weitere Methode wurde in der US 6,113,989 offenbart. Es wurden dort nicht saure anorganische Verbindungen, wie Ammonium, -Natrium.- oder Kalium
Zirkoniumcarbonate, welche in die polymeren Holzanstrichmittel eingearbeitet waren, verwendet. Man hat mit diesen Mittel das Holz bestrichen und nach
entsprechender Trocknung bildete sich ein dampfundurchlässiger, semipermeabler Film auf der Oberfläche des Holzes, welcher den Austritt von Tannin aus dem Holz verhindert hat.
In US 6,533,856 wurden zur Verhinderung der Tanninmigration aus dem Holz
Aluminium-und Zinnverbindungen in die Holzanstrichmittel einformuliert.
In der US 6,245,141 wurden titanorganische Verbindungen, z.B. ein
Neoalkoxytitanat, welche in die Beschichtungsmittel eingearbeitet waren, als Tannin- Blocker offenbart. Diese Titanverbindungen haben bevorzugt eine oder mehrere funktionelle Aminogruppen. Einschlägig ist in diesem Zusammenhang noch die US 6,531 ,223 in dem eine Beschichtung ohne Primer, also Voranstrich, vorgeschlagen wird. Diese
Beschichtung enthält zwei Komponenten im Wesentlichen, nämlich eine
wasserlösliche Latexemulsion und sog. Microspheres, welche wenig Wasser absorbieren. Dazu zählen z.B. Natrium,- oder Kaliumaluminiumsilikat Teilchen, Glaskugeln, hohle Glaskugeln, oder auch expandierte Acrylonitril / Vinylidene- Chlorid Copolymere u.a. Wesentlich war hier, dass die der Durchmessers dieser Teilchen, möglichst nicht mehr als 210 [im betragen soll.
In der US 5,529,81 1 wurde Zink-Cyanamid als Tanninblocker vorgeschlagen und die US 5,27,619 benutzte organosilanhaltige Latex-Copolymere als Additive zur Verhinderung der Tanninmigration.
Obwohl im Stand der Technik bereits die oben erwähnten Lösungsvorschläge zur Verhinderung der Tanninmigration gemacht worden sind, fehlte es bisher an einem Lösungsansatz, der sich eine natürliche, in der Natur vorkommende Verbindung zu Nutze macht.
Eine einfache und wirksame Lösung des Problems der Tanninmigration aus dem Holz konnte überraschenderweise in der Verwendung von Gelatine gefunden werden.
Gelatine ist ein Gemisch von Polypeptiden, je nach Gewinnung mit Molmassen von ca. 13500 bis 500000 (bestimmt durch SDS-Gelelektrophorese oder
Gelchromatographie), das vornehmlich durch eine mehr oder weniger weit geführte Hydrolyse des in Schwarten vom Schwein, in der Spalthaut des Rindes/Kalbes, sowie in deren Knochen enthaltenen Kollagens gewonnen wird. Im Handel ist Gelatine als Granulat, und als Blattgelatine und als Lösung verfügbar. Die
Aminosäure-Zusammensetzung entspricht weitgehend der des Kollagens, aus dem sie gewonnen wird. Sie ist geruchlos und praktisch farblos, unlöslich in Ethanol, Ethern und Ketonen, löslich in Ethylenglycol, Glycerol, Formamid und Essigsäure.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird im Wesentlichen eine Gelatinelösung, welche nicht mehr die Fähigkeit zur Gelierung zeigt, eingesetzt, welche aus einem Gelatinepulver durch Auflösung in Wasser erhältlich ist, einsetzbar. In Analogie zur Ledergerbung, wo das Tannin als Gerbmittel eingesetzt wird, vor allem zur Vernetzung der in den Häuten sich befindlichen Kollagenen, haben die Erfinder festgestellt, dass die Verwendung von Gelatine, als Kollagen-Abbauprodukt, bei der Verhinderung der Tanninmigration sich erfolgreich einsetzbar und sehr gut Resultate lieferte. Bei der Gerberei werden Gerbstoffe oder Tannine, welche aus Eichen- oder Fichtenrinden, Mimosen und Sumach- und andere Holzarten gewonnen werden, als Rindengerbstoffe verwendet („Gerberlohe"). Bei diesem Vorgang werden die Kollagenmoleküle offenbar mit Hilfe von Gerbstoffen, welche im Wesentlichen Tannine sind, bzw. enthalten, vernetzt und somit dauerhaft gebunden.
Bei der Verwendung von Gelatine als Additiv in den entsprechenden
Holzanstrichmitteln, wird das Tannin in ein unlösliches Gelatine (Kollagen)-Tannin Komplex umgewandelt, es bildet sich ein wasserunlöslicher, farbloser Niederschlag. Auf diese Weise wird Tannin quasi gebunden und die Fleckenbildung und das Ausbluten verhindert.
Gelatine kann erfindungsgemäß als wässrige Lösung auf die Holzoberfläche direkt aufgestrichen oder aufgesprüht werden. Nach dieser Behandlung kann das Holz mit einem beliebigen Anstrichmittel nachbehandelt werden - den gewünschten
sperrenden Effekt kann man auf diese Weise optimal erreichen. Wesentlich ist dabei, dass die Konzentration der wässrigen Gelatine-Lösung sich zwischen 2 und 8 Gew.-% bewegt.
Eine solche Lösung lässt sich leicht durch Auflösung eines Gelatine -Pulvers in kaltem oder warmem Wasser herstellen.
Gelatine-Pulver sind m Handel erhältlich, geeignet sind hierbei insbesondere die Typen der Firma Gelita, z.B, Collagen A oder der Firma Biogel, z.B. Vitagel PLPR. Die Gelatinemenge, welche pro cm2 Holzoberfläche aufgetragen wird, beträgt 5 bis 10 mg/m2 bezogen auf die Holzoberfläche.
Erfindungsgemäß gibt es 2 wesentliche Möglichkeiten, die Gelatine bzw.- Derivate auf die Holzoberfläche aufzubringen. 1. Man kann auf die Holzoberfläche die wässrige Gelatine-Lösung aufbringen, z. B. durch Aufstreichen oder Aufsprühen, und die Holzoberfläche nach dem Trocknen mit anderen üblichen Holzanstrichmitteln weiterbearbeiten.
2. Man kann das Gelatine-Pulver bzw. die Gelatine-Lösung in die üblichen
Holzanstrichmittel einarbeiten, was ohne Probleme möglich ist, weil die Gelatine keine nachteiligen Wechselwirkungen mit den Holzanstrichmitteln bzw. deren Bestandteilen hat. Bei dieser Vorgehensweise ist aber die
Voraussetzung, dass der Hersteller dieser Holzanstrichmittel die Gelatine direkt in die Formulierungen einarbeitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden für beide Wege Beispiele erarbeitet, um die Wirkung bei der Verhinderung der Tanninmigration zu beweisen.
Beispiel 1 separater Auftrag
Bei diesem Test wurde eine 5 %-ige wässrige Gelatinelösung hergestellt durch Auflösung von Gelatinepulvern (Gelatine 2 und 3) in Wasser. Es wurde ferner eine flüssige Speisegelatine mit 20 % Konzentration eingesetzt (Gelatinel )
Gelatine 1 = flüssige Speisegelatine mit 20 % Wirkstoff
Gelatine 2= Speisegelatine in Pulverform mit 100 % Wirkstoff /bezogen aus der Schweiz
Gelatine 3= Speisegelatine in Pulverform mit 100 % Wirkstoff /bezogen aus
Deutschland
Alle Gelatinetypen sind im Handel erhältliche Produkte.
Die Gelatine-Lösungen wurden jeweils auf ein Eichenholzbrett (30x11 cm) mit einem Pinsel dünn aufgetragen und 24 h lang bei Raumtemperatur getrocknet. Hier betrug die gesamte Auftragsmenge immer 2 g.
Nach dem Trocknen wird auf jedes vorbehandelte Holzstück ein weißer Holzlack mit einer Schicht von je 150 pm Schichtdicke aufgetragen. Die Bretter wurden bei 25 °C und 50 % rel. Luftfeuchte 1 Woche lang gelagert und danach mit einem Photometer der Marke„Minolta CR 200" eine Weißgradmessung durchgeführt. Tabelle 1 Ergebnisse zu Bsp. 1:
Figure imgf000007_0001
Beispiel 2 separater Auftrag
Für dieses Beispiel wurde von den beiden Gelatinepulvern jeweils eine 10 %-ige wässrige Lösung, in allen Fällen mit destilliertem Wasser, hergestellt.
Bei der Nullprobe wurde auf das Holz lediglich Leitungswasser aufgebracht vor dem Auftragen des Holzlackes.
Die hergestellten Gelatinelösungen wurden, analog Beispiel 1 , auf ein
Eichenholzbrett (30 xx11 cm) mit einem Pinsel dünn aufgetragen und 24 h lang bei Raumtemperatur getrocknet. Hier betrug die gesamte Auftragsmenge immer 2 g. Nach dem Trocknen wurde auf jedes vorbehandelte Holzstück ein weißer Holzlack mit einer Schicht von je 150 μιη Schichtdicke aufgetragen. Die Bretter wurden bei 25 °C und 50 % rel. Luftfeuchte 1 Woche lang gelagert und danach mit einem
Photometer der Marke„Minolta CR 200" eine Weißgradmessung durchgeführt.
Tabelle 2 Ergebnisse zu Bsp. 2
Figure imgf000007_0002
In diesem Beispiel zeigte das Produkt Gelatine 2 die besten Resultate. Deshalb wurde Gelatine 2 für das Beispiel 3 ausgewählt.
Beispiel 3: Gelatine wurde in das Holzbehandlungsmittel (weißer Holzlack) eingearbeitet
Es wurden 100 g weißer Holzlack / nach der Richtrezeptur der Firma Celanese hergestellt, eingewogen und eine Gelatinelösung 2 mit drei verschiedenen
Konzentrationen, 3, 5 und 8 %, entsprechend jeweils 40 % Feststoffgehalt
hergestellt, diese dann dem Holzlack zugefügt.
Die fertigen Proben wurden 24 h lang bei Raumtemperatur in einer verschlossen Box gelagert. Danach wurden sie mit einem Rakel in Mengen von je 150 und 250 μιη Schichtdicke auf ein unbehandeltes Eichenholzbrett aufgetragen und bei 25 °C und 50 % rel. Luftfeuchte 1 Woche lang gelagert.
Mit dem Photometer„Minolta CR 200" /vorgängermodell von CR 400/ wurde die Weißgradmessung durchgeführt.
Als Vergleichsversuch wurde ein Holzlack ohne Gelatinezusatz mit-getestet.
Tabelle 3 mit 150 gm Schichtdicke
L b+
Vergleich Lack 92.6 5,4
ohne Zusatz
3 % Zusatz 93,7 4,7
5 % Zusatz 94,7 4,4
8 % Zusatz 94,6 4,5 Tabelle 4 mit 250 um Schichtdicke
Figure imgf000009_0001
Die Probe mit 5 % Gelatine 2 Zusatz, zeigt die besten Resultate.
Der in den Versuchen verwendete Holzlack weist die unten stehende Rahmenrezeptur auf:
Wasser 160 g
Dispergiermittel 20 g
Glanzmittel 50 g
Biozid 4 g
Entschäumer 4 g
Verdicker 45 g
Ti02 460 g /Pigment/
Lösemittel 80 g
Bindemittel 1100 g
Wasser 73 g Die Messung des Weißgrades wurde gemäß der L*, a*, b* im CIE-1976- Farbordnungssystem (DIN 6174), durchgeführt. Demnach gilt: je höher dort der L* Wert ist, desto höher ist der Weißgradanteil und je höher der b* Wert desto höher ist der Gelbtonanteil in einer Probe.

Claims

Patenansprüche
1. Verfahren zur Verhinderung der Tanninmigration aus Holz, dadurch
gekennzeichnet, dass das Holz vor der Behandlung mit einem
Holzbehandlungsmittel, nämlich mit einer wässerigen Gelatine-Lösung beschichtet wird, wobei Konzentration dieser Gelatine-Lösung 2 bis 10 % aufweist, und die Auftragsmenge pro cm2 0.5 bis 5 Gramm beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als
Gelatinelösung, pulverförmige Gelatine in Waser aufgelöst, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wasserlösliche Gelatine in einer Holzbehandlungsmittelrezeptur eingearbeitet wird.
4. Verwendung von Gelatinelösung zur Verhinderung der Tanninmigration aus Holz.
5. Verwendung von Gelatine enthaltenden Holzbehandlungsmitteln zur
Verhinderung der Tanninmigration aus Holz.
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