Hydrophobicity and weathering resistance of wood treated with silane-modified protective systems

• Autorzy: Hochmańska P. , Mazela B. , Krystofiak T.

Identyfikatory

DOI

10.12841/wood.1644-3985.060.07

Warianty tytułu

PL

Hydrofobowość i odporność na czynniki starzeniowe drewna impregnowanego systemami ochronnymi modyfikowanymi związkami krzemoorganicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the hydrophobic effect of silane-modified protective systems on wood resistance to aging factors (water and UV radiation). This paper is focused on conventional and low VOC emulsion systems for exterior use, which were improved with silanes such as methyltrimethoxysilane (MTMOS), aminoethylaminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMOS) and glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMOS). The performance of the new protective systems, applied on pine wood by surface impregnation, was demonstrated through an accelerated weathering test and evaluated by contact angle, colour and gloss changes. The study showed improvement in the hydrophobicity and photostability of the protective systems modified with selected silanes. The highest protection from the accelerated weathering conditions was obtained using the treatment with a solvent-borne formulation with 5% AEAPTMOS and an alkyd emulsion with 5% MTMOS.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu związków krzemoorganicznych wprowadzonych do modelowych systemów impregnacyjno-ochronnych na hydrofobowość i odporność powierzchni drewna na abiotyczne czynniki niszczące. Badania przeprowadzono na drewnie bielu sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.). Próbki drewna poddano impregnacji metodą powierzchniową wybranymi systemami impregnacyjno-ochronnymi bazującymi odpowiednio na żywicy alkidowej oraz mieszaninie olejów naturalnych z udziałem silanów w postaci metylotrimetoksysilanu (MTMOS), aminoetyloaminopropylotrimetoksysilanu (AEAPTMOS) oraz glicydoksypropylotrimetoksysilanu (GPTMOS). Zakres pracy obejmował ocenę właściwości fizykochemicznych opracowanych kompozycji, charakterystykę zwilżania oraz badania odporności na procesy starzeniowe zabezpieczonych powierzchni drewna. Do oceny jakości wyrobów i wymalowań zastosowano oznaczenie gęstości, lepkości i rozlewności. W celu określenia wpływu promieniowania UV i wody na badane systemy porównano takie właściwości jak zwilżalność, barwę oraz połysk przed i po ekspozycji na czynniki niszczące. Pomiarów dokonano odpowiednio po 5, 10, 15 i 20 cyklach starzeniowych. Na podstawie analizy wyników przeprowadzonych badań stwierdzono, że powierzchnia drewna sosny zabezpieczonego systemami impregnacyjno-ochronnymi z udziałem związków krzemoorganicznych (MTMOS, AEAPTMOS, GPTMOS) wykazała podwyższone właściwości hydrofobowe, a przez to zwiększoną odporność na promieniowanie UV i wodę. Powierzchnię drewna o najwyższej hydrofobowości oraz odporności na czynniki starzeniowe uzyskano poprzez impregnację systemem SB/olej z udziałem 5% AEAPTMOS oraz emulsją alkidową z udziałem 5% MTMOS. Opracowane systemy spełniały również wymagania kryterialne adsorpcyjnej teorii adhezji polimerów do drewna w odniesieniu do parametrów γS i Wa. Systemy pod względem aplikacyjnym wykazywały zwiększoną odporność na procesy fotodegradacji oraz stabilne walory estetyczno-dekoracyjne w warunkach starzenia.

Słowa kluczowe

EN

silanes; surface impregnation; hydrophobicity; weathering

PL

związki krzemoorganiczne; impregnacja powierzchniowa; hydrofobizacja; starzenie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty
• Rocznik: 2014
• Tom: vol. 57, nr 191
• Strony: 99--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hochmańska P.

• Wood Technology Institute, Poznan, Poland

autor

Mazela B.

• Poznań University of Life Sciences, Poznan, Poland

autor

Krystofiak T.

• Poznań University of Life Sciences, Poznan, Poland

Bibliografia

• Baur S.I., Easteal A.J. [2013]: Improved photoprotection of wood by chemical modification with silane: NMR and ESR studies. Polymers Advanced Technologies 24 [1]: 97–103
• Chang S.T., Hon D.N.S., Feist W.C. [1982]: Photodegradation and photoprotection of wood surface. Wood and Fiber 14 [2]: 104–117
• Cristea M.V., Riedl B., Blanchet P. [2010]: Enhancing the performance of exterior waterborne coatings for wood by inorganic nanosized UV absorbers. Progress in Organic Coatings 69 [4]: 432–441
• Donath S., Militz H., Mai C. [2005]: Creating water repellent effects on wood by treatment with silanes. Holzforschung 60 [1]: 40–46
• Donath S., Militz H., Mai C. [2007]: Weathering of silane treated wood. Holz Als Roh-Und Werkstoff 65 [1]: 35–42
• Dawson B.S. W., Singh A.P., Kroese H.W., Schwitzer M.A., Gallagher S., Riddiough S.J., Wu S. [2008]: Enhancing exterior performance of clear coatings through photostabilization of wood. Part 2: coating and weathering performance. Journal of Coatings Technology and Research 5 [2]: 207–219
• Evans P.D., Urban K., Chowdhury M.J.A. [2008]: Surface checking of wood is increased by photodegradation caused by ultraviolet and visible light. Wood Science and Technology 42 [3]: 251–265
• Feist W.C. [1992]: Natural weathering of wood and its control by water-repellent preservatives. American Painting Contractor 69 [4]: 18–25
• Ghosh S.C., Militz H., Mai C. [2009]: Natural weathering of Scots pine (Pinus sylvestris L.) boards modified with functionalized commercial silicone emulsions. BioResources 4 [2]: 659–673
• Hon D.N.S., Chang S.T., Feist W.C. [1985]: Protection of wood surfaces against photooxidation. Journal of Applied Polymer Science 30 [4]: 1429–1448
• Kloubek J. [1974]: Calculation of surface free energy components of ice according to its wettability by water, chlorobenzene and carbon disulfide. Journal of Colloid and Interface Science 46 [2]: 185–190
• Liptáková E. [1980]: Studium fazoveho rozhrania dreva s filmotvornymi materialmi (Study of the boundary phase in the wood – coating system). Zbironik Vedeckych Prac Drevarskiej Fakulty VŠLD, Zvolen: 55–67
• Liptáková E. [1987]: Vplyv mechanického spracovania povrchu na stanovenie volnej povrchovej energie dreva. Medzinarodna vedecka konferencia (Effect of mechanical treatment of the surface on the determination of the surface free energy of wood). VŠLD, Zvolen: 175–182
• Liptáková E., Kudela J. [1994)]: Analysis of the wood-wetting properties. Holzforschung 48 [2]: 139–144
• Neumann A.W., Good R. J., Hope C.J., Sejpal M. [1974]: An equation-of-state approach to determine surface tension of low energy solids from contact angle. Journal of Colloid and Interface Science 49 [2]: 291–302
• Nguyen T., Johns W.E. [1978]: Polar and dispersion force contributions to the total surface energy of wood. Wood Science and Technology 12 [1]: 63–74
• Pandey K.K. [2005]: Study of the effect of photo-irradiation on the surface chemistry of wood. Polymer Degradation and Stability 90 [1]: 9–20
• Paprzycki O. [1991]: Adhezja powłok lakierowych do drewna jako funkcja składowej dyspersyjnej i polarnej swobodnej energii powierzchniowej (Adhesion of wood coatings as a function of dispersive and polar component of surface free energy). Folia Forestalia Polonica Seria B 22: 65–72
• Pirmasens M.M. [1983]: Die Haftmechanismen von Kunststoff-Klebstoffen als Funktion von Molekül-Struktur und Oberflächenspannung. Adhäsion 25 [11]: 11–13
• Rowell R., Banks B. [1985]: Water repellency and dimensional stability of wood. United States Department of Agriculture, Technical Report FPL 50
• Saha S., Kocaefe D., Krause C., Boluk Y., Pichette A. [2013]: Enhancing exterior durability of heat-treated jack pine by photo-stabilization by acrylic polyurethane coating using bark extract. Part 2: Wetting characteristics and fluorescence microscopy analysis. Progress in Organic Coatings 76 [2–3]: 504–512
• Tshabalala M.A., Kingshott P., Van Landingham M.R., Plackett D. [2003]: Surface chemistry and moisture sorption properties of wood coated with multifunctional alkoxysilanes by sol-gel process. Journal of Applied Polymer Science 88 [12]: 2828–2841
• Vetter De L., Bulcke Van Den J., Acker Van J. [2010]: Impact of organosilicon treatments on the wood-water relationships of solid wood. Holzforschung 64 [4]: 463–468
• Weigenand O., Militz H., Tingaut P., Sebe G., de Jeso B., Mai C. [2007]: Penetration of amino-silicone micro- and macro-emulsions into Scots pine sapwood and the effect on water-related properties. Holzforschung 61 [1]: 51–59
• List of standards
• EN 927-6:2006 Paints and varnishes. Coating materials and coating systems for exterior wood. Exposure of wood coatings to artificial weathering using fluorescent UV lamps and water
• PN-EN 828:2000 Adhesives – Wettability – Determination by measurement of contact angle and critical surface tension of solid surface
• PN-EN ISO 2813:2001 Paints and varnishes. Determination of specular gloss of non-metallic paint films at 20, 60 and 85 degrees