Enhancing UV-protection of clear coated wood by utilizing reactive UV-absorber and epoxyfunctionalized soybean oil

This work presents the development of a new pretreatment for clear coated wood, that aims to increase the photoprotection of exterior wood products, and at the same time make the system more environmentally friendly. The pretreatment comprises the reactive UV absorber 2-hydroxy-4(2,3-epoxy­propoxy)-benzophenone (HEPBP), which has a primary epoxy group that can be covalently attached to the hydroxyl groups of the wood substrate. This reactant is accompanied by renewable epoxy functionalized soybean oil (ESBO), which contains a secondary epoxy group that also has the ability to react with the substrate and that promotes the compatibility between the two reactants. The ESBO further seems to have the advantage of increasing the flexibility of the pretreated veneers as well as decreasing the amount of water in the cell wall of the wood. The study was performed in two parts where the first part focused solely on the development and performance of the pretreatment, whereas the second part used the knowledge gained from part one to evaluate the pretreatment in combination with an acrylic clear coating. Grafting reactions were performed on thin wood veneers heated in solvent. In the first part the reaction parameters, temperature and reaction time, were varied to study their effects on the final properties of the pretreatments. The veneers where then analyzed using FTIR to determine if grafting was achieved. Results show that grafting was successful for reactions performed at temperatures above 90 °C. For part two, grafting was successful for both the boil- and dip process, indicating that a considerably shorter reaction time can be used. Samples from both part one and two where then exposed to accelerated ageing and the color change was measured to estimate the UV-resistance. The first part showed improved UV-resistance for some of the pretreatments, whereas the second part was more difficult to evaluate due to the top coat, but a slight improvement can be seen for samples using the pretreatment. A positive result for part two is also that the pretreatment do not appear to affect the adhesion between the substrate and the top coat. It is hence concluded that the proposed pretreatment is a possible way of increasing the photostability of exterior wood.Detta arbete beskriver utvecklandet av en ny förbehandling för klarlackat trä som syftar till att öka UV-beständigheten av träprodukter för utomhusbruk. Arbetet syftar även till att utveckla systemet till att bli miljövänligare än nuvarande liknande produkter på marknaden. Förbehandlingen utnyttjar primära epoxidgrupper hos den reaktiva UV-absorbenten 2-hydroxy-4(2,3-epoxy­propoxy)-bensofenon (HEPBP) för att skapa kovalenta bindningar till hydroxylgrupper hos träet. Den andra komponenten i systemet är förnyelsebar epoxiderad sojaolja (ESBO) innehållande sekundära epoxidgrupper som även dessa kan binda kovalent till träytan, samt gynna kompatibiliteten mellan de två reaktanterna. Oljan verkar dessutom öka flexibiliteten av förbehandlingen, samtidigt som den minskar mängden vatten som tränger in i cellväggen. Studien utfördes i två delar där den första delen fokuserade enbart på att utveckla förbehandlingen, medan den andra delen utnyttjade information från den första delen för att utvärdera funktionen av förbehandlingen i kombination med en akrylatbaserad klarlack. Ympningsreaktionerna utfördes på tunna träfaner i uppvärmd lösning. I första delen studerades hur temperatur- och reaktionstidsförändringar påverkar den slutgiltiga prestationen av förbehandlingen, och FTIR användes då för att verifiera ympningen. Resultaten visar att ympningen var lyckad för reaktioner utförda vid reaktionstemperaturer över 90 °C. För del två ansågs ympningen lyckad för både dopp- och kokreaktionen, vilket tyder på att betydligt kortare reaktionstider skulle kunna användas. Prover från både del ett och två utsattes sedan för accelererad åldring där färgförändringen av proverna mättes för att uppskatta UV-resistensen av behandlingarna. Första delen visade på ökad UV-beständighet för vissa av behandlingarna. Del två var dock svårare att utvärdera till följd av klarlacken, men en liten förbättring kan noteras för prover som är förbehandlade. En positiv notering från del två är även att adhesionen mellan klarlacken och träytan inte verkar ha påverkats av förbehandlingen. Med detta som grund dras slutsatsen att den föreslagna förbehandlingen kan förbättra UV-resistensen av klarlackat trä för utomhusbruk.QC 2012033