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Imprägniermittel für holzartige Oberflächen
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Imprägnierung von
holzartigen Oberflächen auf der Basis von metalloxidhaltigem Organopolysiloxan,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es zu 30 bis 95 Gew.-Teilen aus einem organischen
Lösungsmittel und zu 5 bis 70 Gew.-Teilen aus einer metalloxidgruppenhaltigen Polysiloxanverbindung
besteht. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur wasserabweisenden
Ausrüstung von Holzmaterialien.
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Im Gegensatz zu den bereits bekannten Imprägniermitteln auf Siliconbasis
bildet das erfindungsgemäß beschriebene Hydrophobierungsmittel keinen polmeren Film
auf der zu behandelnden Oberfläche. Vielmehr dringt das Imprägniermittel in die
Poren der holzartigen Materialien ein und wird dort chemisch verankert. Dadurch
wird das Imprägniermittel auch unter extremen Witterungseinflüssen nur langsam entfernt.
Durch das erfindungsgemäß beschriebene Mittel wird die Atmungsaktivität und Wasserdampfdurchlässigkeit
des Holzes nicht beeinträchtigt. Im Ge-
gensatz zu den bereits bekannten
Imprägniermitteln auf Siliconbasis können mit dem erfindungsgemäß beschriebenen
Hydrophobierungsmittel behandelte Hölzer auch mit herkömmlichen, auf dem Markt befindlichen,
teilweise farbigen Holzschutzmitteln nachträglich überstrichen werden, ohne daß
diese einen schlechten Verlauf oder eine schlechte Haftung auf dem imprägnierten
Holz zeigen.
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Vergleichend zu den herkömmlichen Holzschutzmitteln auf Nichtsiliconbasis
und den bisher bekannten Imprägniermitteln auf Siliconbasis wird durch das erfindungsgemäß
beschriebene Hydrophobierungsmittel die Wasseraufnahme bei Holz in wesentlich stärkerem
Maße herabgesetzt.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß aus dem großen
Angebot verschiedenster Organopolysiloxane solche, bei denen in der Siloxankette
z.B. TiO- oder SnO-Gruppen, oder allgemein ausgedrückt, Metalloxidkettenglieder
eingebracht sind, sich für den gewünschten Zweck besonders eignen und durch Abmischen
von Siliconölen, z.B.
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mit Titanverbindungen oder Zinnverbindungen hergestellt werden können.
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Das erfindungsgemäße Mittel eignet sich zur Imprägnierung von Holzoberflächen.
Beispiele für solche Hölzer sind Buche, Mahagoni, Birke, Kiefer, Lärche und Eiche.
Das Holz kann in Form von Schnittholz oder in Form von Holzwerkstoffen z.B. Spanplatten
vorliegen. Die zu behandelnden Oberflächen umfassen auch Cellulose in reiner Form,
wie z.B. Papier. Die Hölzer können im rohen Zustand vorliegen
oder
bereits mit herkömmlichen, auf dem Markt befindlichen Holzschutzmitteln, z.B. auf
Chlornaphthalinbasis oder Salzen vorbehandelt sein.
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Geeignete Mittel für das erfindungsgemäße Verfahren sind OH-gruppenhaltige
Polydimethylsiloxane mit einer Viskosität von 10 bis 100 000 cP, gemessen bei 250C.
Der Einbau der Metalloxidgruppen in die Polysiloxanverbindungen kann z.B. durch
Grignard-Reaktion erfolgen. Er läßt sich aber auch in einfacher Weise durch Verrühren
eines Metallesters oder -salzes mit einem Polydiorganosiloxan herstellen.
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Als Ester und -Salze eignen sich bevorzugt Verbindungen der 4. Gruppe,
wie z.B. ortho-Titansäuretetrabutylester und Dibutylzinndilaurat. Auch Gemische
dieser Verbindungen können eingesetzt werden. Der Gehalt an Metalloxidgruppen im
Polysiloxan sollte so bemessen sein, daß pro Metalloxid etwa 1 - 100 SiO-Gruppen
vorliegen.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten metalloxidhaltigen
Polysiloxane werden in organischen Lösungsmitteln angewandt. Als Lösungsmittel eignen
sich prinzipiell solche, in denen das metalloxidhaltige Polysiloxan löslich ist,
wie z.B. Methylenchlorid, Perchlorethylen, 1,1,1-Trichlorethan, Benzinfraktionen
u.a. Das erfindungsgemäße Mittel enthält etwa 30 bis 95 Gew.-Teile organisches Lösungsmittel,
vorzugsweise 70 bis 80 Gew.-Teile und 5 bis 70 Gew.-Teile, vorzugsweise 20 bis 30
Gew.-Teile, der Polysiloxanmetalloxidverbindung.
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Die Wirkung des neuen Imprägniermittels für holzartige Oberflächen
beruht auf einem synergistischen Effekt der Einzelsubstanzen des Gemisches. Polysiloxane
alleine und die beanspruchten Metallverbindungen alleine besitzen gegenüber cellulosehaltigen
Materialien nur ganz geringe hydrophobierende Wirkungen. Sobald jedoch Mischungen
dieser beiden Verbindungsklassen - wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben
- eingesetzt werden, erhält man auf den beschriebenen Oberflächen ausgezeichnete
wasserabweisende Eigenschaften.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß
die zu behandelnden trockenen Holzoberflächen durch Aufsprühen z.B. mit einer Sprühpistole
oder einer entsprechenden Sprühvorrichtung, durch Tauchen oder mit Hilfe einer Rolle,
eines Pinsels oder ähnlichem behandelt werden. Der Holzuntergrund zeigt nach dem
Verdampfen des Lösungsmittels keine Veränderung seines Aussehens. Er wirkt wasserabweisend
und unterscheidet sich dadurch von unbehandelten Oberflächen. Die Atmungsaktivität
und die Wasserdampfdurchlässigkeit bleibt erhalten; die Poren des Holzes werden
nicht verschlossen.
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Durch die Behandlung von Hölzern mit dem erfindungsgemäß beschriebenen
Mittel wird bei künstlicher Beregnung mit 120 Liter Wasser je Minute auf einen Quadratmeter
die Wasseraufnahme beträchtlich herabgesetzt und zwar je nach Holzsorte auf ungefähr
1/3 des Wertes unbehandelter Hölzer; bei mit gebräuchlichen, auf dem Markt befindlichen
Holzschutzmitteln vorbehandelten Hölzern wird die Wasseraufnahme in Abhängigkeit
der Holzsorte geringer und zwar auf etwa 2/3 des Ausgangswertes herabgesetzt.
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Durch das stark verringerte Wasseraufnahmevermögen wird in der Praxis
eine Rißbildung des Holzes vermieden und die Farbintensität des Holzes beibehalten.
Der Verwitterungsprozeß wird durch die Behandlung des Holzes mit dem erfindungsgemäßen
Mittel wesentlich herabgesetzt.
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Das erfindungsgemäße Mittel eignet sich zur Behandlung von Holzoberflächen
aller Art und hat sich besonders bewährt bei der Imprägnierung von der Witterung
ausgesetzter Hölzer wie z.B. Gartenzäunen, Dachbalken, Außentüren, Friesen, Holzverkleidungen,
Schindeln, Spanplatten usw.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung soll nun anhand der folgenden
Beispiele noch näher erläutert werden.
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Die Angabe "Teile" in den folgenden Beispielen bezieht sich auf Gewichtsteile.
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Beispiel 1 Zu 27,4 Teilen eines Polydimethylsiloxans der Viskosität
1000 mm2s 1 werden 12,6 Teile ortho-Titansäuretetrabutylester unter Rühren zugegeben.
Dadurch erhält man einen Anstieg der Viskosität, die schließlich wieder auf 400
bis 2000 mm 1 abfällt. Nach einstündigem Rühren werden 40 Teile Test-Benzin mit
Siedebereich von ca. 140-1800C zugegeben und nach weiterer Rührzeit von 10 Minuten
gibt man 120 Teile 1,1,1-Trichlorethan zu. Es entsteht eine dünnflüssige Lösung.
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Holz-Brettchen mit den Abmessungen 150 x 60 x 10 mm aus abgelagerter
Fichte, Mahagoni oder Kiefer werden in das erfindungsgemäß hergestellte Mittel 30
min. getaucht.
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Nach dem Herausnehmen der getränkten Brettchen aus dem Tauchgefäß
werden sie 1 Woche bei Raumtemperatur gelagert.
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Nach diesem Zeitraum zeigen die Brettchen bei der Ermittlung des Wasseraufnahmevermögens
die beschriebenen wasserabweisenden Eigenschaften, was anhand der folgenden Versuche
verdeutlicht werden soll.
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Versuch A Künstliche Beregnung Zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermögens
im Rahmen einer künstlichen Beregnung werden die zu prüfenden Holzbrettchen, die
vorher gewogen werden, in 450-Schräglage ausgelegt. In einer Höhe von 90 cm befinden
sich Wasserbrausen.
Auf die Fläche von 1 m fallen je Minute 120
1 Wasser. In bestimmten Zeitintervallen werden die Holzbrettchen gewogen und die
Wasseraufnahme bestimmt.
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Wasseraufnahme in Gew.-% nach 10 20 40 60 80 100 Std.
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Fichte unbehandelt 20 25 28 30 31 32 behandelt mit Mittel 5 7 9 11
12 13 gemäß Beispiel 1 behandelt mit herkömm- 7 9 12 15 17 19 lichem Holzschutzmittel
behandelt mit herkömm- 3 5 7 9 10 11 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel
1 Mahagoni unbehandelt 6 10 13 15 18 20 behandelt mit Mittel 2 4 6 7 8 9 gemäß Beispiel
1 behandelt mit herkömm- 4 6 9 11 12 13 lichem Holzschutzmittel behandelt mit herkömm-
2 4 5 6 7 8 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel 1 Versuch B Tauchtest
Die Lagerung der Holzbrettchen im Wasser erfolgte in der Weise, daß eine konstante
10 cm hohe Flüssigkeitssäule
über den Prüfkörpern vorhanden war.
Diese 10 cm hohe Wassersäure entspricht nach der Winddruckformel aus DIN 1055 etwa
dem Druck eines Windes mit einer Geschwindigkeit von ca. 140 km/h.
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In bestimmten Zeitabständen werden die Holzbrettchen gewogen und die
Wasseraufnahme bestimmt.
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Wasseraufnahme in Gew.-% nach 1 2 5 10 30 50 Std.
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Fichte unbehandelt 29 35 40 -45 54 62 behandelt mit Mittel 5 -7 10
13 22 26 gemäß Beispiel 1 behandelt mit herkömm- 8 10 14 19 29 35 lichen Holzschutzmittel
behandelt mit herkömm- 4 5 7 10 16 21 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel
1 Kiefer unbehandelt 8 10 13 17 25 28 behandelt mit Mittel 4 6 9 13 20 25 gemäß
Beispiel 1 behandelt mit herkömm- 7 9 12 15 22 24 lichem Holzschutzmittel behandelt
mit herkömm- 2 3 5 8 15 18 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel 1 Versuch
C Natürliche Bewitterung
Die zu untersuchenden Holzbrettchen werden
auf einem Fabrikdach in 450-Schräglage der Witterung ausgesetzt. In bestimmten Zeitabständen
wird die aufgenommene Wassermenge ermittelt. Der Prüfzeitraum lag in den Herbst-
und Wintermonaten des 4. Quartals 81 mit länger anhaltenden Regenperioden.
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Wasseraufnahme in Gew.-nach 10 20 40 60 80 Tg.
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Fichte unbehandelt 3 5,5 9 11 12 behandelt mit Mittel 1,5 3,5 6,5
8 8,5 gemäß Beispiel 1 behandelt mit herkömm-2,5 5 8 10 11 lichen Holzschutzmittel
behandelt mit herkömm-1,5 3 6 7,5 8 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel
1 Mahagoni unbehandelt 2 3,5 7 10 12 behandelt mit Mittel 1,5 3 5,5 7 8 gemäß Beispiel
1 behandelt mit herkömm- 2 3,5 6 7,5 8,5 lichem Holzschutzmittel behandelt mit herkömm-1,5
3 5,5 6 7 lichem Holzschutzmittel und Mittel gemäß Beispiel 1 Hölzer, die mit dem
erfindungsgemäßen Mittel gemäß Beispiel 1 behandelt sind, weisen auch nach einer
Bewitterungszeit von 80 Tagen keine Ausbleichung auf, während
nach
dem gleichen Zeitraum unbehandelte und mit herkömmlichen Mittel behandelte Hölzer
deutliche Farbmattierung zeigen.
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Versuch D Lagerung bei konstanter Luftfeuchtigkeit Die Holzbrettchen
werden bis zur Gewichtskonstanz in einem Wärmeschrank getrocknet und anschließend
in einer Klimakammer bei 230C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeilt ausgelegt. Die
Gewichtszunahme der Hölzer wird in bestimmten Zeitabständen ermittelt.
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l Gewichtszunahme in Gew.-% nach 10 50 100 500 1000 Std.
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Fichte unbehandelt 2 4 5 7,5 8 behandelt mit Mittel 1,5 3,5 4,5 7
7,5 gemäß Beispiel 1 behandelt mit herkömm- 1,5 3 4 7 7,5 lichen Holzschutzmittel
behandelt mit herkömm- 1,5 2,5 3,5 6 7 lichen Holzschutzmittel und Mittel gemäß
Beispiel 1 Mahagoni ungehandelt 1 2,5 3,5 5,5 6 behandelt mit Mittel 1 2,5 3 5 5,5
gemäß Beispiel 1 behandelt mit herkömm- 0,5 1,5 2,5 4,5 5 lichem Holzschutzmittel
Gewichtszunahme
in Gew.-% nach 10 50 100 500 1000 Std.
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Mahagoni behandelt mit her- 0,5 1,5 2,5 4,5 5 kömmlichen Holzschutzmittel
und Mittel gemäß Beispiel 1 Die Adsorption des gasförmig in der Luft verteilten
Wassers ist bei Hölzern, die mit dem erfindungsgmeäßen Mittel behandelt sind, nahezu
uneingeschränkt möglich, so daß die angenehme lebendige Charakteristik des Holzes
bewahrt bleibt.
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Versuch E Kristallisationsversuch mit Natriumsulfat Bis zur Gewichtskonstanz
getrocknete Hölzer werden bei Raumtemperatur mit gesättigter Natriumsulfatlösung
getränkt. Die so vorbehandelten Proben werden bei 1100C getrocknet, wieder auf Raumtemperatur
abgekühlt und erneut getränkt. Trocknen und Tränken werden 25 mal wiederholt.
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Die Proben erfahren hierbei durch Kristallisationsdruck eine innere
Beanspruchung. Diese Wirkung entsteht dadurch, daß reines Natriumsulfat bei Temperaturen
über 32,4"C wasserfrei als Thenardit Na2 SO4 auskristallisiert und bei niedrigeren
Temperaturen unter beträchtlicher Volumenzunahme zu Glaubersalz Na2SO4.10 H2O umkristallisiert.
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Nach 25 maliger Durchführung der Wechselbeanspruchung
zeigen
die Holzbrettchen folgendes Aussehen.
| c, |
| R a s O ç |
| rd tJI n h3 |
| C |
| 0> O al O |
| -1 |
| 0> xn O: a) 0 |
| Q) Q) cU m |
| a m e «W f g |
| Tl Se e e z |
| a) o a o ffi 4) |
| Ts ~ CO m m CO |
| Fichte unbehandelt x x x |
| n behandelt mit Mit- |
| tel gemäß Beispiel 1 x |
| behandelt mit her- x x |
| kömmlichem Holz- |
| schutzmittel |
| behandelt mit her- x |
| kömmlichem Holz- |
| schutzmittel und |
| Mittel gemäß Bei- |
| spiel 1 |
| Mahagoni unbehandelt x x x |
| behandelt mit Mittel X |
| gemäß Beispiel 1 |
| behandelt mit her- ; x x |
| kömmlichen Holz- |
| schutzmittel |
| behandelt mit her- x |
| kömmlichen Holzschutz- |
| mittel und Mittel ge- |
| mäß Beispiel 1 |
Beispiel 2 Ersetzt man in Beispiel 1 den ortho-Titansäuretetrabutylester
durch Dibutylzinndilaurat, und verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, erhält man
Produkte mit ähnlichen Eigenschaften.
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Beispiel 3 (Vergleich) Ersetzt man in Beispiel 1 den ortho-Titansäuretetrabutylester
durch Borsäuretrimethylester, und verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, erhält
man Produkte, die die gewünschten Eigenschaften nicht zeigen.
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Auch Siliconöl oder Titanester alleine zeigen die beschriebenen Eigenschaften
nicht.