Water-based coatings for the prevention of discolouration by knot extractives on pine wood

Abstract

In the last decades there has been an increasing development of water- based wood coatings following the environmental concerns to lower the use of toxic solvents and to reduce the emissions of Volatile Organic Compounds. The opaque paints of this nature used in pine wood suffer from undesired discoloration, related to the presence of knots which have an outstanding high concentration of extractives, mainly resin acids, stilbenes and lignans, which migrate through the polymeric structure. This phenomenon is known as Knot Bleeding. Within the framework of this thesis, the physicochemical nature of the extractives present on knots of Pinus cembra was studied and the substances responsible for the yellowing of white opaque paints were identified. Two stilbenes and five lignans were detected in the polar knot extracts and their presence was confirmed in the discolored coating over the knots. The influence of the ageing conditions on the diffusion of knot extractives through a reference coating was studied. Both temperature and humidity have a key role in the migration of colored and non-colored compounds. The latter get degraded to colored substances after the exposure to sunlight radiation. The Knot Bleeding resistance was tested according to the Standard Procedure for Knot Staining CEN/TC 139/WG 2 and the color of the coating over the knot was measured using CIELab coordinates From the work presented in this thesis a deep understanding of the causes of the discoloration of water-based wood coatings is provided.

En las últimas décadas se ha producido un creciente desarrollo de recubrimientos de madera a base de agua a partir de la preocupación medioambiental por reducir el uso de disolventes tóxicos y las emisiones de compuestos orgánicos volátiles. Las pinturas opacas de esta naturaleza utilizadas en madera de pino sufren decoloraciones indeseadas, relacionadas con la presencia de nudos que tienen una alta concentración de extractivos, principalmente ácidos resínicos, estilbenos y lignanos, que migran a través de la estructura polimérica. Este fenómeno se conoce como Knot Bleeding. En el marco de esta tesis se estudió la naturaleza fisicoquímica de los extractivos presentes en los nudos de Pinus cembra y se identificaron las sustancias responsables del amarillamiento de las pinturas. Se detectaron dos estilbenos y cinco lignanos en los extractos polares de nudos, y se confirmó su presencia en la pintura decolorada. Se estudió la influencia de las condiciones de exposición en la difusión de los extractivos a través de un recubrimiento de referencia. Tanto la temperatura como la humedad juegan un papel clave en la migración de compuestos coloreados y no coloreados. Estos últimos se degradan a sustancias coloreadas después de la exposición a la radiación solar. La resistencia al amarillamiento fue probada de acuerdo con el Procedimiento Estándar CEN/TC 139/WG 2 y la decoloración fue medida mediante el sistema de coordenadas CIELab. A partir del trabajo presentado en esta tesis se proporciona un profundo entendimiento de las causas de la decoloración de los recubrimientos de madera a base de agua.