NO830817L - Vannbasert beis - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører trebeis og deres anvendelse på nakent tre. Mer spesielt vedrører den vannbåren trebeis som har forhøyet viskositet for å hindre at pigmentet bunnfeller seg i beisen før bruk av preparatet.

Beis som kan anvendes for å fremheve strukturen i tre eller endre farven på tre eller begge deler, er blitt benyttet i årevis. De består generelt av et pigment, et bindemiddel som f.eks. en alkydharpiks, som inneholder et tørrestoff, og organiske løsningsmidler som f.eks. white spirit, VMP-nafta, kero-sen, xylén, toluen, eller en blanding av disse. Pigmentet i slike beiser har tendens til å bunnfelle, og hele blandingen trenger lang røring før bruk for at man skal oppnå ensartet sus-pensjon av pigmentet i løsningsmiddelfasen.

For å unngå bunnfelling av pigment er det i de to siste tiår blitt anvendt modifiserte alkyder, vanligvis kalt gelerte alkyder, som gir svært høy viskositet. Et eksempel på et slikt alkyd er "Arothix" C301-M-60 som produseres og selges av Spencer Kellogg Division of Textron, Inc.

På grunn av miljømessige betraktninger som vedrører anten-nelighet og toksisitet hos de organiske løsningsmidler, er det gjort forsøk med å erstatte alkydet eller de modifiserte alkyd-bindemidler med vannbårne bindemidler, f.eks. akrylemulsjoner og vannfortynnbare alkyder.

De alkyder som er løst i organisk løsningsmiddel, gelerte alkyder, vannbårne alkyder og akrylemulsjoner, er forholdsvis kostbare-. Fordi de må anvendes i ganske høye konsentrasjoner på 5-20 pund pr. gallon av beis for å redusere bunnfelling av pigment, representerer de en uønsket høy prisfaktor for beisen.

Da behovet og populariteten ved vannbårne belegg har øket, på grunn av at de er lette å bruke, er det blitt utviklet en rekke spesielle additiver for bruk i vannbårne belegg. Disse additiver inkluderer.spesielle tørrestoffer som er stabile i vandige løsninger, overflateaktive midler og boblebrytere. I tillegg er det utviklet et utvalg av vannløselige fortykningsmidler. Mange av disse fortykningsmidler gir, når de anvendes i små' konsentrasjoner på 0,1-3 vekt%, høye viskositeter opp til gelert struktur når de oppløses i vann. Disse fortykningsmid ler er ikke filmdannere i seg selv og er derfor ikke blitt betraktet som erstatning for de konvensjonelle filmdannende bindemidler, f.eks. alkyder, modifiserte alkyder, vannbårne alkyder og polyvinyl- eller akrylemulsjoner.

I de senere år er flere vannbårne beiser kommet på marke-det. Disse er basert på anvendelse av akryl- eller polyvinyl-acetat-emulsjoner. Disse emulsjoner er primært konstruert for å tjene som bindemidler, de har iboende lave viskositeter (1-8 poise) og gnidning på beis som er basert på disse, viser vesentlig utfelling av pigment. For å unngå utfelling av pigment innblandes ofte små mengder av syntetiske eller naturlige fortykningsmidler. Mengden av fortykningsmiddel som anvendes holdes generelt på svært lavt nivå, da det trekker ytelseskarak-teristikaene til tørrede filmer ned. Da de ikke danner filmer, anvendes fortykningsmidler i seg selv ikke for sammensetning av klare eller pigmenterte belegg. Derfor er utstrykningsbeiser, altså den type produkt som foreliggende oppfinnelse er rettet mot, tradisjonelt blitt sammensatt som en utvidelse av beleg-ningsblandingene.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å produsere en beis som kan påføres bart tre og deretter tørkes av for å etter-late treporene fylt med pigment. Ved riktig valg av pigment eller pigmenter i beisen kan treets farve endres; eksempelvis kan furu få utseende av valnøtt-tre.

Et videre formål med oppfinnelsen er å produsere en beis som er vannblandbar i våt tilstand, slik at eventuelle arbeids-redskaper, f.eks. filler og børster, som anvendes for påføring, lett kan vaskes med vann etter bruk.

Et videre formål med oppfinnelsen er å produsere en beis som, etter påføring av beisen, men før avtørking, holder seg våt i et vesentlig tidsrom, f.eks. 20-60 minutter, slik at relativt store områder, f.eks. dører og bordoverflater, kan be-handles uten at det etterlates ujevne påføringsmerker.

Enda et formål med oppfinnelsen er å produsere en beis som, etter påføring på tre' og deretter avtørking, ved tørring blir relativt resistent overfor vann og organisk løsningsmiddel, slik at den beisede overflate kan ferdigbehandles med et topp-beiegg av en klar ferniss eller lakk. En slik ferniss kan fore-ligge i et organisk løsningsmiddel eller vann eller en blanding

av disse.

Enda et formål med oppfinnelsen er å produsere en beis som, etter påføring på tre med påfølgende avtørking, tørrer i løpet av kort tid, ca. 1-4 timer, slik at det behandlede tre kan sand-strøs eller overstrykes med en ferniss eller lakk i løpet av rimelig tid.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å produsere en beis som har høy viskositet, slik at det anvendte pigment ikke bunnfelles selv ved forlenget lagring i 6-24 måneder, og slik at det bare er nødvendig med kort røring for å oppnå jevn sus-pensjon av pigmentet.

Det er overraskende funnet at beis av den ovennevnte type trenger lite eller intet bindemiddel. Grunnen til dette er at disse beiser anvendes mest for absorpsjon av treet for å fremheve treets struktur eller medføre en spesiell farve, eller for begge disse formål. Tre som er behandlet med slik beis overstrykes alltid med et beskyttende lag av en klar finish. Det er funnet at det som trenges er at beisen etter påføring, avtørking. og tørring ikke tilsmøres av det senere påførte beskyttelseslag, og dette krever ikke tilsetning av store mengder av et filmdannende bindemiddel.

Derfor tilveiebringer oppfinnelsen en vannbåren trebeis som er resistent overfor pigmentutfelling før bruk, som omfatter: et dispergert pigment for beising av treet, vann og tilstrekkelig ikke-filmdannende vannfortykningsmiddel for å heve løsnin-gens viskositet til et nivå som vesentlig vil redusere pigment-utf elling.

De fleste vannbårne fortykningsmidler utvikler en grad av resistens overfor vann og organisk løsningsmiddel når de tørrer. Denne resistens overfor vann og organisk løsningsmiddel er ade-kvat med hensyn til å motstå tilsmøring ved påføring av det beskyttende toppbelegg av en klar finish. Mesteparten av det organiske løsningsmiddel, eller blandingen av det organiske løs-ningsmiddel og vann eller vannet i beisen fordamper i løpet av 30-240 minutter, og den tørrede beis motstår ved overstrykning med en ferniss ethvert angrep etter tørring i et så kort tidsrom .

Beis som er laget med pigment og et fortykningsmiddel kan ha et vått utseende når den nettopp er påført og tørket av. Imidlertid får disse beiser, etter hvert som de tørrer, et helt ut hvitaktig skjær. Etter påføring av et toppbelegg av en lakk eller ferniss kommer det opprinnelige våte utseende tilba-ke. Denne sekvens har en praktisk ulempe, da det blir umulig å se på det tørrede beisede tre med dets hvitaktige skjær for å si hvordan den endelige finish vil se ut. Det viste seg at denne ulempe lett kan overvinnes ved å tilsette en liten mengde av ca. 2-10, fortrinnsvis 5-8, vekt% av en filmdannende harpiks, fortrinnsvis et langsomttørrende alkyd, eller olje eller en vannbasert harpiks til beisen. Alkydet kunne være et alkyd i organisk løsningsmiddel eller et vannfortynnbart alkyd. Ethvert løsningsmiddelbasert alkyd som er normalt stabilt når det er emulgert i vann, f.eks. isoftalsyrealkyder, f.eks. "Super Beckosol" 98-970 produsert av Reichhold Chemicals, Inc., eller en vanndispergert akrylpolymer, f.eks. "AC-64"•produsert av Rohm and Haas Company, eller en vannløsning av en modifisert polysakkaridpolymer, f.eks. "JK2 70" produsert av Lorcon Chemicals, Inc. Dorval, Quebec, Canada, kan anvendes for dette formål.

Følgelig inkluderer de her beskrevne blandinger i en foretrukken utførelsesform en liten mengde av en filmdannende harpiks som er tilstrekkelig til å bevare det våte utseende av beisen etter at fortykningsmidlet tørrer. Følgelig inneholder foretrukne blandinger i henhold til oppfinnelsen følgende komponenter i tilnærmede relative vektforhold:

Ett nøkkelelement i de her beskrevne blandinger et inn-arbeidelse av et fortykningsmiddel. Fortykningsmidler er additiver som, når de settes til vann i små mengder, hever dets viskositet forholdsvis meget. Typisk vil vannets viskositet endre seg.fra 1 poise til ca. 20-100 poise ved tilsetning av 0,5-4 vekt%, basert på faststoffinnholdet i det anvendte fortykningsmiddel .

Egnede fortykningsmidler er vanligvis klassifisert som "naturlige" eller "syntetiske". Eksempler på naturlige fortyk ningsmidler er kasein og alginater. Eksempler på syntetiske fortykningsmidler er "Natrosol" (et cellulose-fortykningsmiddel produsert av Hercules Inc.), polyvinylalkoholer og akryl-fortykningsmidler, f.eks. "QR-708" og "CPE-15", produsert av Rohm and Haas Company.Av disse foretrekkes akryl-fortyknings-midlene da de ikke er henfallende til bakterie- eller soppan-grep under lagring. De naturlige eller syntetiske cellulose-fortykningsmidler kan også anvendes. Imidlertid, når de anvendes, bør baktericider og fungicider fortrinnsvis tilsettes.

De unike fortykkende egenskaper ved fortykningsmidler skyldes deres evne til å absorbere store mengder vann, hvilket fører til betydelig svelling. I tilfellet med akrylfortyknings-midler oppnås denne egenskap ved innføring av en sur monomer, f.eks. metakrylsyre, som kopolymer under syntesen. Den ferdige polymer sveller, når den er delvis eller fullstendig nøytrali-sert, og tar opp vann. De nøytraliserende midler som anvendes kan være uorganiske, f.eks. natriumhydroksyd eller ammoniakk, eller organiske f.eks. aminer. Graden av fortykning som oppnås kan styres videre ved tilsetning av slike løsningsmidler som alkoholer, f.eks. metanol, etanol og butanol, eller keto-ner som aceton, metyletylketon, eller andre løsningsmidler så som "Propasol", butyl-"Cellosolve", butylkarbitol. Andre løs-ningsmidler, der hvor de er anvendelige, er generelt omtalt i den handelslitteratur som leveres av produsenten. Tilleggs-kontroll av graden av fortykning kan oppnås ved å anvende forskjellige konsentrasjoner av fortykningsmidlet, idet høyere konsentrasjoner gir større grad av fortykning.

Noen akrylater, som anvendes primært for andre formål, f. eks. behandling av gulv, kan også tjene som fortykningsmidler hvis de anvendes i den korrekte konsentrasjon, med riktig pH-verdi og de riktige vann/løsningsmiddel-kombinasjoner. Eksempler på slike akrylpolymerer er "WS-24", "Rheoplex" B-505 som produseres av Rohm and Haas Company.

Det er anvendelsen av vannfortykningsmidlet i relativt større mengder (0,5-4 vekt%) enn hva som hittil er blitt anvendt i vannbårne beiser som primært utgjør forskjellen i de nye blandinger. Anvendelse av en mindre mengde av filmdannende harpiks eller bindemiddel i de foretrukne blandinger er en an-nen betydelig forskjell. Disse forskjeller mellom de foretruk ne nye blandinger i henhold til oppfinnelsen og de konvensjonelle beiser som for tiden markedsføres, ses best i følgende tabell hvor de forskjellige komponenter angis i vekt:

De følgende eksempler vil illustrere blandinger i henhold til oppfinnelsen i sammenligning med konvensjonelle beiser. Hvert eksempel og poenget som illustreres ved dette er som føl-ger : Eksempel 1 illustrerer en konvensjonell trebeis som er løs-ningsmiddelbasert og anvender et konvensjonelt alkyd. Det viser pigmentutfelling under lagring.

Eksempel 2 illustrerer en konvensjonell gelert trebeis som er løsningsmiddelbasert og anvender er gelert alkyd. Det viser ingen pigmentutfelling under lagring.

Eksempel 3 illustrerer en vannbåren gelert trebeis, hvor den gelerte struktur er oppnådd ved anvendelse av 1-4 vekt% av et vannbårent fortykningsmiddel. Det oppviser ingen pigmentutfelling, men farven til tre som er beiset med den, er forskjel-lig før og etter tørring.

Eksempel 4(a) illustrerer en vannbåren gelert trebeis, hvor den gelerte struktur er oppnådd ved anvendelse av 1-4 vekt% av et vannbårent fortykningsmiddel, modifisert ved tilsetning av en vann- eller løsningsmiddelbasert filmdannende harpiks.

Eksempel 4(b) illustrerer en vannbåren gelert trebeis, hvor den gelerte struktur er oppnådd ved anvendelse av 1-4 vekt% av et vannbårent fortykningsmiddel, modifisert ved tilsetning-av en vann- eller løsningsmiddelbasert filmdannende harpiks og

et fuktemiddel.

Eksempel 5 sammenligner den åpne tid for løsningsmiddel-baserte (eksemplene 1 og 2) og vannbårne (eksemplene 3 og 4) beiser.

I eksemplene 3, 4 og 6 er komponentene angitt i den rekke-følge som de vanligvis blandes i, selv om dette ikke er et krav og kan endres av forskjellige grunner, inklusive den type mik-se- eller dispergeringsutstyr som anvendes.

Eksempel 1

Konvensjonell beis

Eksempel 2

Gelert beis på løsningsmiddelbasis

Eksempel 3

Gelert beis på vannbasis uten harpiks

Eksempel 4 ( a)

Gelert beis på vannbase uten fuktemiddel

Eksempel 4( b)

Gelert beis på vannbasis med fuktemiddel

Eksempel 5

Beiser fremstilt i henhold til eksemplene 1, 2, 3, 4 (a)

og 4(b) ble påført et askepanel med dimensjonene ca. 60 cm x ca. 60 cm med pensel. Deler av de bestrøkne paneler ble av-tørket med en fille i 15 minutters intervaller.

Paneler bestrøket med beis i henhold til eksemplene 1, 2 og 3 kunne ikke tørkes av etter de første 30 minutter. Imidlertid kunne beis fremstilt i henhold til eksemplene 4(a) og 4(b) tørkes av selv etter 45 minutter. Disse resultater viser at tilsetning av en liten mengde av et harpiksbindemiddel til vannbaserte beiser gir betydelig bedre "åpen tid".

De avtørkede paneler fikk lufttørre i 1 time og ble så undersøkt påny. Etter tørring så paneler som var bestrøket med beis fremstilt i henhold til eksemplene 1, 2 og 4(b) normale ut. Imidlertid hadde de paneler som var bestrøket med beis fremstilt i henhold til eksempel 3 utviklet en hvitaktig blakning, og det' panel som var bestrøket med beis fremstilt i henhold til eksempel 4(a) farvet ikke treet så godt som det panel som var bestrøket med beis fremstilt i henhold til eksempel 4(b), hvilket viser at tilsetning av fuktemidlet hjelper til med å fukte pigmentene, og derav følger bedre farveutvikling på de beisede paneler.

Fuktemidler eller overflateaktive midler er slike materi-aler som vil nedsette overflatespenningen til løsningsmiddel-systemet. Passende eksempler på fuktemidler er anioniske emul-ger ingsmidler, f.eks. natriumoleat, kationiske emulgeringsmid-ler, f. eks. laurylammoniumacetat, og ikke-ioniske emulgerings-midler; f.eks. glyceryl-monolaurat. For ytterligere detaljer angående fuktemidler henvises til C.B.F. Young og K.N.Coons: Surface Active Agents; Chemical Publishing Co., 1945.

Generelt vil en effektiv mengde av et fuktemiddel være ca. 0,5-3,0 vekt% regnet på hele blandingen.

Eksempel 6

Gelert beis på vannbasis med " JK- 270"

Claims (10)

1. Vannbåren trebeis som er resistent overfor pigment-utf elling før bruk, karakterisert ved at den omfatter: et dispergert pigment for beising av tre, vann og tilstrekkelig ikke-filmdannende vannfortykningsmiddel til å heve løsningens viskositet til et nivå som vesentlig reduserer pig-mentutf elling.

2. Vannbåren trebeis som angitt i krav 1, karakterisert ved at den inkluderer en liten mengde av filmdannende harpiks som er tilstrekkelig til å bevare beisens våte utseende etter tørring av fortykningsmidlet.

3. Beis som angitt i krav 2, karakterisert ved at fortykningsmidlet er til stede i en mengde av ca. 0,5-4 vekt% regnet på beisen.

4. Beis som angitt i krav 2, karakterisert ved at den filmdannende harpiks er en vanndispergerbar harpiks.

5. Beis som angitt i krav 2, karakterisert ved at den filmdannende harpiks er en harpiks som er løselig i organisk løsningsmiddel.

6. Beis som angitt i krav 2, karakterisert ved at komponentene er til stede i de følgende tilnærmede relative vektdeler:

7. Beis som angitt i krav 6, karakterisert ved at den inkluderer et fuktemiddel for nevnte pigment for å forsterke farveutviklingen i treet.

8. Beis som angitt i krav 6, karakterisert ved at vannfortykningsmidlet er en akrylharpiks.

9. Fremgangsmåte for beising av nakent tre, karakterisert ved å påføre en blanding som angitt, i krav 1 på treet, bre blandingen utover treoverflaten og fjerne overskudd av blandingen fra treoverflaten.

10. Fremgangsmåte for beising av nakent tre, karakterisert ved å påføre en blanding som angitt i krav 8 på treet, bre blandingen utover treets overflate og fjerne overskuddet av blandingen fra treets overflate.