(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B0D 7/08 (06.01) B27K 3/1 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet , FI, (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Stora Enso Oyj, P. O. Box 9, 001 Helsinki, Finland (72) Oppfinner PYNNÖNEN, Janne, Rengintie 7 a, FI Ylöjärvi, Finland KANKKUNEN, Mika, Rouskunkatu 6 C 23, FI- Imatra, Finland PÄNKÄLÄINEN, Saku, Maininkikatu 13 a2, FI-39 Lappeenranta, Finland SILEN, Jouko, Länsitie 38, FI-111 Riihimäki, Finland LAITINEN, Risto, Majavankatu 3, FI-4 Imatra, Finland LINDELL, Henry, Leppärinne C 29, FI-800 Imatra, Finland (74) Fullmektig Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Overflatebehandling av termisk modifisert tre (6) Anførte publikasjoner WO-A-02/07407 GB-A US-A

2 1 Overflatebehandling av termisk modifisert tre Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for behandling av termisk modifisert tre, der formålet med nevnte fremgangsmåte er å beskytte treets overflate mot værpåvirkning. Oppfinnelsen vedrører også termisk modifisert tre som er behandlet i samsvar med fremgangsmåten samt bruk av beskyttende midler for å beskytte termisk modifisert tre mot værpåvirkninger. 1 Termisk modifisering av trevirke innebærer styrt varmebehandling av tømmer ved en temperatur høyere enn 0 C, en behandling som forbedrer treverkets dimensjonsstabilitet og reduserer dets likevektsfuktinnhold og fuktighetsinstabilitet. Andre fordelaktige innvirkninger av termisk modifisering er økt bestandighet mot råte og redusert utskillelse av harpiks. På den annen side blir fargen til termisk modifisert tre mørkere, og dets bøye- og kløyvestyrke svekkes. Som følge av dets egenskaper blir termisk modifisert tre spesielt anvendt i konstruksjoner og møbler som eksponeres for friluft. 2 Teknikken ved termisk modifisering av tre er beskrevet i patentskriftet WO 9/31680; hovedkjernen er styring av temperaturforskjellen mellom treets utvendige overflate og dets indre del under en løfteoperasjon slik at enhver sprekkdannelse i trevirket hindres. Ifølge patentskriftet er nevnte temperaturforskjell innenfor området - C, og den holdes hovedsakelig konstant under oppvarmingsprosessen. Ifølge patentskriftet kan en respektiv styrt temperaturforskjell på - C mellom den indre delen og den utvendige overflaten av treet også bli opprettholdt når treet kjøles ned, i hvilket tilfelle - i motsetning til i oppvarmingsprosessen - temperaturen inne i treet er høyere enn temperaturen på overflaten. Patentskriftet WO 94/272 presenterer en forbedret fremgangsmåte for tilvirkning av termisk modifisert tre, i hvilken fremgangsmåte behandlingstemperaturen er over C og vanndamp anvendes i behandlingen. Under behandlingen opptrer et vekttap på minst 3% i treet. 3 Videre beskriver patentskriftet WO 01/3812 en fremgangsmåte for gjenkjenning av graden av modifisering av et termisk modifisert trestykke ved å måle antallet frie radikaler inneholdt i dette og ved å sammenlikne det funnede antallet med det for et tilvarende ubehandlet trestykke. Det foreslåtte kriteriet for termisk modifisering i

3 2 nevnte patentskrift er at antallet frie radikaler inneholdt i trestykket var multiplisert med minst 1,, og fortrinnsvis doblet, sammenliknet med ubehandlet tre. Gjennom denne henvisningen inntas de nevnte patentskrifter WO 9/31680, WO 94/272 og WO 01/3812 som en del av den foreliggende patentbeskrivelsen. I patentbeskrivelsen nedenfor henviser begrepene "termisk modifisering av tre" eller "termisk modifisert tre" (termotre) til et tilfelle hvor det aktuelle trevirket oppfyller kriteriene for termisk behandling av tre (termisk modifisering) eller termisk modifisert tre definert i minst ett av nevnte tre patentskrifter. 1 Selv om termisk modifisering reduserer likevektsfuktinnholdet til tre i fuktig friluft, absorberer tre uansett store mengder vann når det kommer i direkte kontakt med vann eller med fuktig jord. Spesielt bryter langvarig vanntrekking (waterlogging) ned trevirke uavhengig av termisk modifisering, og bløtlegging av trevirke øker også dets vekt betydelig. Patentskriftet WO02/08119 beskriver behandling av termisk modifisert tre med alkylaminderivater, der formålet med nevnte behandling er å beskytte tre mot nedbrytende mikroorganismer. I tillegg nevner nevnte patentskrift voksdispersjoner, oljer og silikonderivater som virkende midler som gjør termotre mer vannavstøtende. 2 Patentskriftet WO0/ foreslår en en løsning for hindre vanntrekking i termisk modifisert tre; denne løsningen er basert på behandling av tre med et hydrofobt bindemiddel som reagerer med cellulose, så som alkyl-keten-dimer (AKD) eller alkenyl-ravsyreanhydrid (ASA). I behandlingene beskrevet i nevnte patentskrift ble trevirke grundig impregnert med en bindemiddelbærende løsning og tørket ved fordampning av acetonet som ble brukt som løsningsstoff. Økt hydrofob kvalitet for trevirket ble verifisert av en dråpetest, som måler vinkelen mellom en vanndråpe anbragt på treoverflaten og treoverflaten under en kontakt med en varighet på 1- sekunder. 3 Kjente AKD- eller ASA-baserte adhesjonsmetoder for termisk modifisert tre er kjennetegnet ved at bindestoffene krever bruk av et organisk løsningsmiddel, så som aceton. Organiske løsningsmidler er imidlertid forholdsvis dyre, og deres toksisitet eller følsomhet for antenning kan utgjøre en risiko for arbeidsulykker. Det ville være ønskelig om de kunne erstattes med vann i trebehandlingsløsningen.

4 3 AKD og ASA fjerner heller ikke tendensen til oppsprekking, som er typisk for trevirke som følge av den reduserte bøye- og kløyvestyrken til termisk modifisert tre. Nok et annet problem med termisk modifisert tre er at som følge av værpåvirkninger, trevirkets opprinnelige dypbrune farge gradvis skifter til grå i friluft. Dette er en vesentlig ulempe for eksempel for hagemøbler, som er et typisk formål med bruk av termisk modifisert tre. Den åpenbare årsaken til at det blir grått er at lignin brytes ned og vaskes vekk i de treoverflatelagene som er eksponert for værpåvirkning. Den eneste virkningsfulle måten å hindre at trevirke mister farge har vært å male det med en pigmentinneholdende maling. I dette tilfellet mister en imidlertid trevirkets naturlige fremtoning med dets korn, struktur (streaks) og årringer. 1 En løsning ifølge oppfinnelsen, gjennom hvilken de ovennevnte problemer, spesielt knyttet til bruk av løsningsmiddel og til oppsprekking av treet, kan unngås, er at treet blir behandlet med et flytende, harpiksbasert beskyttende middel som tørkes og/eller herdes slik at det for treet oppnås en gjennomsiktig beskyttende overflate dannet av herdeplast. I foreliggende oppfinnelse henviser betegnelsen herdeplast til tverrbundne polymerer som kan dannes, bortsett fra med bruk av varme, også i omgivelsestemperatur, for eksempel i romtemperatur, som følge av virkningen av en katalysator, dvs. uten ytterligere oppvarming. Den avgjørende faktoren som skiller herdeplasten fra vanlig termoplast er dens hardhet som følge av dens tverrbindende struktur, hvorved de ikke mykner i varme og ikke kan formstøpes i etterkant. 2 Herdeplasten som kan bli anvendt i forbindelse med foreliggende oppfinnelse er spesielt fenolformaldehydharpiks, melaminformaldehydharpiks og ureaformaldehydharpiks, som kan bli smurt eller impregnert på termisk modifisert tre som vandige løsninger. På den måten kan bruk av organiske løsningsmidler ved beskyttelse av termotre unngås. Etter påføring blir vannet som tjener som løsningsmiddel fjernet ved fordampning, eventuelt gjennom oppvarming for eksempel i temperaturområdet C, og om nødvendig kan katalysatorer bli innlemmet i løsningen for å herde harpiksen. UV-bestråling kan også bli anvendt i herdeprosessen. 3 Påsmøring eller impregnering av løsningen kan skje enten uten trykk eller med trykk, idet i det førstnevnte tilfellet løsningens impregneringsdyp i treet kan være 1-2 mm, mens i sistnevnte tilfelle løsningen kan bli gjennomimpregnert, også i tykkere

5 4 treemner. Løsningen kan bli påført på treet ved pensling, injeksjon, spraying, dypping eller ved langvarig neddykking. Mengden harpiks som påføres på treet kan være g/m 2, hensiktsmessig - g/m 2, fortrinnsvis -0 g/m 2 og mest hensiktsmessig 0g/m 2, beregnet etter herding fra tørrstoff. Den seiggjørende og sprekkreduserende virkningen fra herdeplast på termisk modifisert tre er tilsynelatende basert på den sterke tverrbindende egenskapen til herdeplast, som er grunnen til at den herdede, litt duktile og hovedsakelig ubrytelige plasten ikke bare dekker trefibrene med en beskyttende film, men også binder tilstøtende fibre i en uniform, integrert struktur. 1 Ifølge oppfinnelsen er det funnet ut at også det ovennevnte problem knyttet til gråning av termisk modifisert tre kan løses ved å anvende herdeplast, og spesielt fenolformaldehydharpiks, som trebeskyttelsesmiddel. Termotre behandlet med fenolformaldehydharpiks i samsvar med oppfinnelsen har, i en test av ett års varighet, i forhold svarende til friluft, under jevnlig vekslende regn og solskinn, opprettholdt sin opprinnelige brunnyanse, mens ubehandlet termotre og også termotre behandlet med AKD eller ASA under de samme forhold har blitt veldig grå. En delvis årsak til den gode bevaringen av farge kan være den brune fargen typisk for fenolformaldehydharpiks, som mer eller mindre svarer til den naturlige brune fargen til termotre. Det antas imidlertid at også andre faktorer spiller inn, men siden disse foreløpig ikke er kjent, er det ingen grunn til videre spekulasjoner her. 2 Termisk modifisert tre ifølge oppfinnelsen, som er tilvirket i prosessen beskrevet over, er kjennetegnet ved at det på treet er påført herdeplast, som danner en gjennomsiktig beskyttende overflate som beskytter treet mot værpåvirkninger. Herdeplast kan være påført kun på treets overflatelag, eller det kan være absorbert gjennom hele treverket. Den beskyttende herdeplasten kan være fenolformaldehydharpiks, melaminformaldehydharpiks eller ureaformaldehydharpiks. Spesielt når fenolformaldehydharpiks anvendes, er et ytterligere typisk trekk ved treet at det bevarer sin opprinnelige brunnyanse hovedsakelig uendret i friluft. 3 Oppfinnelsen vedrører videre bruk av herdeplast, så som fenol-, melamin- eller ureaformaldehydharpiks, som den gjennomsiktige beskyttende overflaten for å beskytte termisk modifisert tre mot værpåvirkninger. Herdeplast kan bli anvendt for å redusere vannabsorbsjon i treet og for å hindre at treet sprekker opp. Videre er spesielt fenolformaldehydharpiks i stand til å hindre at termotre blir grått i friluft.

6 Praktiske anvendelser av oppfinnelsen inkluderer videre bruk av tverrbindende harpiks som et beskyttende middel for påføring på termisk modifisert tre som en vandig løsning, hvilken løsning deretter blir tørket og herdet som en gjennomsiktig beskyttende overflate dannet av herdeplast. Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert med støtte i de praktiske eksemplene som følger. 1 2 Eksempel 1 Kommersiell termisk modifisert tre som selges under navnet ThermoWood ble skråret opp i stykker på 0 mm x 0 mm x mm, og de mm brede sidekantene og endene av stykkene ble dekket med paraffinvoks, slik at de motsatte 0 mm x 0 mm overflatene av stykkene, hvilke overflater var parallelle med trefibrene, ikke ble påført voksdekket. Behandlingsløsningene ble fremstilt ved å fortynne den kommersielle fenolformaldehydharpiksen Prefere 72 64M (Dynea Finland Oy) med vann i volumforholdet 1:1, og ved å fortynne den kommersielle melaminformaldehydharpiksen Prefere L (Dynea Finland Oy) med vann, med fortynningsforholdet 2:1. To prøvestykker (MF) ble neddykket over forskjellige tidsperioder i melaminformaldehydharpiksløsningen, og to prøvestykker (PF) ble neddykket over forskjellige tidsperioder i fenolformaldehydharpiksløsningen. Etter impregneringsbehandlingen ble prøvestykkene tørket ved å fordampe vann og herdet med varme ved 1- C. Mengden av harpiks som ble impregnert i prøvestykkene var definert i forhold til den frie overflaten til stykkene som ikke var dekket med voks. Harpiks ble ikke impregnert i det femte prøvestykket, som representerte referanseprøven. Absorbsjon av vann i harpiksen i de behandlede prøvestykkene og i referanseprøven ble undersøkt i en flytetest, hvor stykkene fikk flyte fritt i vann. Prøvestykkene ble veiet etter flyting i 1, 2, 3, 4 og 7 dager. Resultatene av veiingen er listet i tabell 1 nedenfor, hvor mengden av harpiksløsning absorbert av hver prøve også er listet, og resultatene er illustrert grafisk i den vedlagte figur 1, hvor hver kurve representerer økningen i prosentandel av prøvens vekt som funksjon av tid. Det kan sees at prøvene (MF; PF) behandlet med melamin- og fenolformaldehydharpiks i samsvar med oppfinnelsen absorberte betydelig mindre vann enn den ubehandlede referanseprøven. 3

7 6 Tabell 1 Vektøkning(%) Prøve 0t 24t 48t 72t 96t 8t MF 1 (0 g/m 2 ) 0 1, 2,1 3,0 4,0,9 MF 2 (40 g/m 2 ) 0 2,3 3,2 4,,1 7,0 PF 1 (1 g/m 2 ) 0 3,2 4,3,3 6,6 9,7 PF 2 (6 g/m 2 ) 0 3,4 4,4 6,0 7,2 9,6 Referanse (0) 0 4,6,9 7, 8,8 12,3 Eksempel 2 Det samme kommersielle termotre som i eksempel 1 ble skåret i stykker som ble behandlet ved at de ble sprayet med en vandig løsning av fenolformaldehydharpiks, hvoretter harpiksen ble tørket og varmeherdet ved 1- C. Harpiksene som ble påført var de kommersielle fenolformaldehydharpiksene Prefere L og Prefere 70 7L (Dynea Finland Oy), som var fortynnet med vann i volumforholdet 1:1, og to prøver av termotre ble behandlet med hver av nevnte harpikser. Mengden harpiksløsning som ble absorbert i prøvestykkene under spraying var 80 g/m 2 (våt vekt). To prøver ble beholdt ubehandlet som referanseprøver. 1 2 Bevaring eller endring av prøvestykkenes farge ble tested i simulerte værforhold i overensstemmelse med standarden ISO631. Prøvene ble plassert i et Q-Sun XE-3 Xenon testkammer, hvor lufttemperaturen var 40 C. Værforholdene i kammeret ble vekslet ved å gjenta en totimerssyklus som først omfattet 2 minutter med simulert solskinn med en lysoppsetning med en effekt på 0,40 w/m 2, fulgt av 18 minutter med overrisling. Testens varighet var 3 dager, og under denne perioden ble prøvene målt for å bestemme CIELAB-parametere som beskriver fargeendringer i prøvene. Blant disse parametrene representerer L*C/2 UV fargelyshet, a*c/2 UV representerer fargens beliggenhet på den anilinrosa-(magenta)grønne skalaen og b*c/2 UV representerer fargens beliggenhet på den blågule skalaen. Resultatene er listet i de følgende tabeller 2-4, og de er illustrert av de vedlagte tegningene 2-4, hvor kurven for hver prøve representerer en endring i fargeparameteren som funksjon av tid. Det observeres at under en 3-dagers test, prøver behandlet med fenolformaldehydharpiks i samsvar med oppfinnelsen bevarte sin mørkhet og også sin fargenyanse nær den opprinnelige nyansen til termotre ubehandlet med harpiks, mens ubehandlede referanseprøver ble sterkt bleket og også i betydelig grad endret sin fargenyanse.

8 7 Tabell 2 Prøve L*C/2 UV 0d 2d 6d 9d 19d 26d 3d L (1) 41,1 47,2 48,0 48,8 49,0 1,6 3, L (2) 39,9 46,4 47,8 47,4 49,0 0,8 2, L (1) 39,7 49,6 47,8 46, 48,0 47,2 48, L (2) 38,9 4,3 4,7 4,8 48, 47,7 48,7 Referanse (1) 46,0 7,0 61,2 64,9 70,0 72,3 74,7 Referanse (2) 46,8 6,2 62,4 6,4 6,2 72,6 7,1 Tabell 3 a*c/2 UV Prøve 0d 2d 6d 9d 19d 26d 3d L (1) 11,2,1 11,9 12,3 13,0 12,1 11, L (2) 11,,1 11,8 12,4 12,7 12,3 11, L (1),8,7 12,4 13, 14,0 13,8 12, L (2) 11,0 11, 12,3 12,7 12,7 12,9 12,3 Referanse (1),6 8,3 6,9, 4,1 3,2 2, Referanse (2), 8,9 6,, 4,4 3,3 2,6 Tabell 4 b*c/2 UV Prøve 0d 2d 6d 9d 19d 26d 3d L (1) 24, 29,6 33,7 34,8 3,9 3,3 34, L (2) 23,0 28,3 33,2 33, 34,8 34,2 31, L (1) 24,6 34,0 3,7 34,7 33,1,2 27, L (2) 23,9,8 32,8 32,1 31,6 29,2 26,7 Referanse (1) 28,1 27,6 22,2 17,4 12,1 9,7 8,6 Referanse (2) 28,3 28,9,3 1,9 12,2 9,4 7,9

9 8 P a t e n t k r a v 1. Fremgangsmåte for behandling av termisk modifisert tre, som har gjennomgått varmebehandling ved en temperatur høyere enn 0 C, k a r a k t e r i s e r t v e d at det på det termisk modifiserte trevirket påføres et flytende, harpiksbasert beskyttende middel, som tørkes og/eller herdes, slik at det for trevirket oppnås en gjennomsiktig beskyttende overflate dannet av herdeplast. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det på trevirket smøres eller impregneres harpiks som en vandig løsning, hvoretter vannet fordampes. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at tørkingen av trevirket utføres ved hjelp av varme Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at en harpiksherder tilsettes i løsningen.. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d at mengden harpiks som påføres på trevirket er -400 g/m 2, fortrinnsvis - g/m 2 og mer foretrukket -0 g/m 2, beregnet fra tørrstoff Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d at trevirket beskyttes med fenolformaldehydharpiks, som i friluft holder utseendet til treet hovedsakelig uendret. 7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-, k a r a k t e r i s e r t v e d at trevirket beskyttes med melaminformaldehydharpiks eller ureaformaldehydharpiks. 8. Termisk modifisert tre behandlet i samsvar med ethvert av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d at det på trevirket er påført herdeplast, som danner en gjennomsiktig beskyttende overflate på trevirket for å beskytte trevirket mot værpåvirkninger. 3

10 9 9. Termisk modifisert tre ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at den beskyttende overflaten er dannet av fenolformaldehydharpiks, som i friluft holder trevirkets utseende hovedsakelig uendret.. Termisk modifisert tre ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at den beskyttende overflaten er dannet av melaminformaldehydharpiks eller ureaformaldehydharpiks. 11. Anvendelse av herdeplast som en gjennomsiktig beskyttende overflate for å beskytte termisk modifisert tre mot værpåvirkning. 12. Anvendelse av herdeplast ifølge krav 11 som en beskyttende overflate som reduserer absorbsjon av vann i trevirket Anvendelse av fenolformaldehydharpiks ifølge krav 11 eller 12 som den gjennomsiktige beskyttende overflaten som hindrer at trevirket gråner i friluft. 14. Anvendelse av melaminformaldehydharpiks eller ureaformaldehydharpiks ifølge krav 11 eller 12 som den gjennomsiktige beskyttende overflaten for tre. 1. Anvendelse av tverrbindende harpiks som et beskyttende middel som påføres i en vandig løsning på termisk modifisert tre og tørkes og herdes for å danne en gjennomsiktig beskyttende overflate av herdeplast.

11

12 11