CN101098761A - 减少木制品表面开裂的方法 - Google Patents

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Abstract

披露了减少木制品表面开裂的方法。该方法通常包括向木制品的至少一部分上涂覆一种具有(甲基)丙烯酸酯和颜料的涂料，其中固化后的涂料具有小于55℃的Tg。

Description

减少木制品表面开裂的方法
发明领域
本发明涉及通过向木制品的至少一部分上涂覆一种包含(甲基)丙烯酸酯结构部分和颜料的组合物来减少木制品表面开裂的方法，其中固化后的涂层具有小于55℃的Tg。
背景信息
在很多工业，如家具、地板、磨坊和橱柜中需要和使用木制品。木制品，如那些从木材、薄板和木材复合物制备的木制品，通常含有多于一个的底层，并可以包含，例如，多个板层。以薄板为例，将木材的薄片施加于木材或木材复合物制品例如胶合板或中密度纤维板(“mdf”)之上。因此，经常需要使用薄板和其它木材复合物，因为它可以在没有成本的情况下给出实木的外观。然而木材的薄层常发生龟裂或“开裂”，特别是暴露在热和冷的循环中时。由于潮湿等原因，薄板也发生龟裂；类似地，实木也会因暴露在环境条件下而发生龟裂。需要减少(即使未能消除)木制品表面上的开裂(即“表面开裂”)的方法。
发明概述
本发明涉及一种减少木制品表面开裂的方法，包括向木制品的至少一部分上涂覆一种包含(甲基)丙烯酸酯结构部分和颜料的组合物，其中该涂层当固化后，具有小于55℃的Tg。按照本方法处理的木制品也在本发明的范围之内。
发明详述
本发明涉及减少木制品表面开裂的方法，包括向木制品的至少一部分上涂覆一种包含(甲基)丙烯酸酯结构部分和颜料的组合物，其中该涂层当固化后，具有小于55℃的玻璃化转变温度(“Tg”)。在某些实施例中，Tg可以是35℃或更低。此处所用术语“木制品”是指任何包含木材的产品，并可以包括实木、硬木、或具有至少两个板层、最外层是木材的产品。此类产品的例子包括薄板、复合物、和胶合板。“表面开裂”是指发生在木制品表面的龟裂或劈裂，开裂可以也可以不延伸到木制品表面下的不同深度和/或在存在或不存在劈裂的情况下开裂也可以高出表面。
用于本方法的组合物包含(甲基)丙烯酸酯结构部分。此处术语“(甲基)丙烯酸酯结构部分”是指具有至少一个(甲基)丙烯酸酯官能团的任何化合物。“(甲基)丙烯酸酯”既指(甲基)丙烯酸酯又指丙烯酸酯。只要能赋予涂料组合物所希望的柔韧性，任何(甲基)丙烯酸酯结构部分都能使用。例子包括(甲基)丙烯酸氨基甲酸酯，例如那些可从下处商购获得的产品，如Bayer的ROSKYDAL产品系列(ROSKYDAL LS2298)、Sartomer Company Inc.(CN966J75，或CN981)、或UCB Chemicals，Inc.(EBECRYL230，EBECRYL8402或EBECRYL8804)。(甲基)丙烯酸氨基甲酸酯可以是芳族的或脂族的。其它合适的(甲基)丙烯酸酯结构部分包括(甲基)丙烯酸酯化的环氧树脂、(甲基)丙烯酸酯化的聚酯、(甲基)丙烯酸酯化的胺、甲基丙烯酸酯化的丙烯酸树脂和/或上述之混合物。也可组合使用各个(甲基)丙烯酸酯结构部分。在某些实施例中，至少一种(甲基)丙烯酸酯结构部分具有大于二的官能度和在某些实施例中使用至少两种(甲基)丙烯酸酯结构部分，其中至少一种具有大于二的(甲基)丙烯酸酯的官能度。
涂料组合物进一步包含颜料(有时在配方中也称作“填料”)。合适的颜料/填料包括，例如，二氧化硅、无机氧化物、碳酸钙、氨基硅酸盐、氧化锌、二氧化钛等。颜料可以赋予也可以不赋予不透明性，这取决于用户的需要。在某些实施方案中，使用相对高重量百分数的颜料；即，颜料在20-60wt％之间，重量百分数基于组合物中固体的总重量。令人惊讶的是，这些实施方案中的涂料组合物保留了减少(即使未能消除)木制品表面开裂所需的柔韧性；一般，高装料的体系(即重量百分比在该范围内的体系)是相对不柔韧的。对于龟裂所使用的“减少”和类似术语是指减少龟裂的尺寸和/或减少龟裂的数目。
在本组合物中使用颜料/填料使得能得到所希望的粘性。涂料的粘度可以是它能被推入或“填充”到木材的细粒和/或孔中的粘度。涂料的粘度可以是例如10,000-75,000厘泊(“cPs”)，例如10,000-50,000cPs、20,000-50,000cPs、20,00-40,000cPs，或约30,000+/-5,000cPs，粘度用Brookfield粘度计，例如型号RVT的粘度计，用7号转子在50RPM和25℃下测量。将会理解的是，这些实施方案中所用到的涂料的粘度不象例如腻子那样稠，但比不使用颜料/填料的配方要稠。
本发明中的涂料可进一步包含一种或多种稀释剂。合适的稀释剂包括，例如，甘油丙氧基三丙烯酸酯、丙氧基化的二丙烯酸新戊酯、二丙烯酸1，6-己二醇酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，3-丁二醇酯、二丙烯酸1，4-丁二醇酯、1，3-二丙烯酸2，3-二甲基丙酯、二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸二丙二醇酯、乙氧基化的二甲基丙烯酸己二醇酯、丙氧基化的二(甲基)丙烯酸己二醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、烷氧基化的二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、二(甲基)丙烯酸已二醇酯、二(甲基)丙烯酸二甘醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二丙烯酸硫代二甘醇酯、二甲基丙烯酸1，3-丙二醇酯、三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙酯、四(甲基)丙烯酸双三羟甲基丙酯、甘油丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化的三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙酯、和二(甲基)丙烯酸四甘醇酯，包括它们的混合物。可加入这些稀释剂，例如，来减少或调整涂料的粘度。在一个实施方案中，涂料包含具有大于二的(甲基)丙烯酸酯的官能度的(甲基)丙烯酸酯结构部分，和具有少于二的(甲基)丙烯酸酯的官能度的稀释剂。
按照本发明使用的涂料可进一步包含多种其它的本领域标准添加剂。例子包括引发剂、消泡剂、润湿剂、抑制剂、热塑性树脂、着色剂、染料、表面活性剂等。当涂料用光化辐射如紫外线的方法来固化时，合适的光引发剂包括，例如，苯甲基、苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻异丁醚benzophenol、乙酰苯、二苯酮、4，4’-二氯二苯酮、4，4’-双(N，N’-二甲氨基)二苯酮、二乙氧基乙酰苯、荧光酮、例如可来自于Spectra Group Ltd.的H-Nu系列引发剂、2-羟基-2-甲基-1-苯丙-1-酮、1-羟基环己基苯基酮、2-异丙基噻吨酮(2-isopropylthixantone)、α-氨烷基苯酮、例如，2-苯甲基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮、酰基氧化膦例如2，6-二甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、2，6-二氯苯甲酰基-二苯基氧化膦、和2，6-二甲氧基苯甲酰基二苯基氧化膦、双酰基氧化膦例如双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦、双(2，6-二甲基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦、和双(2，6-二氯苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦，和它们的混合物。涂料可以用任何交联机理如热交联来固化。合适的热引发剂包括过氧化物和胺。在使用时，这些其它添加剂一般在组合物中的存在量可高达30wt％，该wt％基于配方中固体的总重量。组合物可以是水基的、溶剂基的或100％固体。
涂料组合物可以通过本领域的任何方法来制备。例如，液体组分可在搅拌下加入到槽中；然后加入粉末，接着加入任何其它所需的添加剂。搅拌可持续到混合物基本呈均匀为止，和，在某些实施方案中，直到混合物的Hegman研磨细度为2-7为止。
对于具有所希望的粘度例如泵吸、浇注等的涂料产品，可以用本领域的任何标准方法将其施用到木制品上。辊式涂料填充机是尤其合适的施用方法。
涂料通常以0.5-5mils的量加以施用，例如1-2mils，湿膜厚度。
在某些实施方案中，木制品在按本发明的方法处理之前可以着色。例如，可以首先施用着色剂并固化或干燥。然后可以把此处所述的涂料施用到这些经着色的木制品上，通常用以填充孔并赋予最终产品平滑的充分填充的外观；然后本涂料可以被固化、砂磨和/或将其它涂料例如装饰性的和/或保护性的涂料施用到该木制品上。通常，保护性的层包含耐磨损层、可打磨的密封层和/或顶层。本涂料也可以应用在未着色的和/或经过其它处理的木制品上，和/或可以与其它涂料、层、和/或处理一起使用。
本发明进一步涉及按照本方法所处理过的木制品。在某些实施方案中，按照本发明所处理过的木制品能经受10次冷热循环，例如高达20次循环，而很少有或没有表面开裂。在某些实施方案中，按照本方法所处理过的具有40+/-5平方英寸的处理过的“表面”的木制品，在经过10次冷热循环后，可以具有5处或更少的2英寸或更小的龟裂。一次“冷热循环”是指将木制品暴露在120下1小时，在-5下1小时，和处于在室温下15分钟。
用于本发明中的涂料具有充分的柔韧性以在暴露到不同的环境条件例如潮湿、热、冷等条件下与木材一起膨胀和收缩。如上所述，固化后的涂层具有小于55℃的Tg，例如35℃或更小，其中Tg按照本领域的标准方法通过对自由膜进行动态力学分析(“DMA”)来确定。
本发明的某些实施方案具体排除使用同时包含亲水性聚合物与反应性单体的组合物。其它实施方案具体排除使用具有脲基的丙烯酸氨基甲酸酯低聚物和/或反应性聚酯的使用。将会理解的是，按照本发明所使用的组合物不是本领域所使用的术语“着色剂”，术语“着色剂”以低粘度形式使用并通常用于给木制品上色。
除非以其它方式特别指明，此处所用到的所有的数字例如表示数值、范围、数量或百分比的那些可被读作在其前面加上措辞“大约”，即使这个词并没有明确地出现。此处所述的任何数值范围意指将包含于其中的所有子范围包括在内。复数涵盖单数，反之亦然。例如，当发明以术语“一种”  (甲基)丙烯酸酯和“一种”颜料来描述时，也可以使用多于一种的(甲基)丙烯酸酯和/或多于一种的颜料。同样，此处使用的术语“聚合物”意思是指预聚物、低聚物和均聚物以及共聚物；前缀“聚”是指两个或更多。
实施例
下面的实施例旨在举例说明本发明，不应被理解为以任何方式对本发明进行限制。
实施例1
根据本发明的“柔韧的”填料相对于其它两种可商购获得的填料进行测试。所有测试的木制品是Southern Red Oak薄板，具有施用于其上的着色剂、填料、高耐磨密封层、可打磨的密封层和顶涂层。在具有根据本发明的柔韧的填料的木制品和具有可商购获得的“非柔韧的”填料的该其它木制品中的一件上使用商购于PPG Industries，Inc.的涂料；对于这两个测试木制品来说，除了填料以外，所有的涂料是相同的。第三个木制品涂有Chemcraft供应的产品。每一个体系使用2块板进行测试，每块板约40+/-5in2。通过视觉观察获得结果，所报告的结果是两块板的平均值。进行十次冷热循环，结果如下。
表1
填料 结果 注释
R1596Z-8 2处龟裂，长度最多1英寸 R1596Z-8商购于PPG Industries，Inc.，包含丙烯酸氨基甲酸酯和约36wt％的填料
R1340Z-8 20处龟裂，长度在1-3英寸间变化 R1340Z-8商购于PPG Industries，Inc.，包含丙烯酸环氧树脂、反应性聚酯和约25wt％的填料。该产品作为填料出售，不被认为是“柔韧的”填料。
Chemcraft 35处龟裂，长度在0.5-3英寸间变化 商购于Chemcraft filler.
实施例2
对Southern Red Oak薄板进行上述测试，结果如下。
表2
填料 结果
R1596Z-8 2处龟裂，都凸起了，没有劈裂
R1340Z-8 至多10处龟裂，大多数凸起了，3处劈裂开
实施例3
使用两种本发明范围内的填料对Southern Red Oak薄板进行上述测试，结果如下。
表3
填料 结果 注释
R1596Z-8 8处小于1英寸的龟裂，2处1英寸的龟裂
R1623Z-8 至多5处0.5-2英寸间的龟裂 R1623Z-8商购于PPG Industries，包含丙烯酸酯化的聚酯和丙烯酸酯化的胺和丙烯酸环氧树脂，和约50wt％的填料。
实施例4
将三种如表4中所示的填料用于测试自由膜的Tg，Tg通过在TAInstruments 2980单元的下述参数下使用DMA方法进行测量。
方式：自由膜
振幅：20微米
频率：1Hz
加热速率：3℃/分钟
样品尺寸：约 5×6.5×0.050毫米
表4
样品  Tg(℃)
R1340Z-8  55
R1623Z-8  35
R1596Z-8  33
尽管以上出于举例说明的目的已经描述了本发明的详细实施方案，对于本领域技术人员来说显然可以在不偏离如所附的权利要求书所定义的发明的情况下对本发明的细节进行诸多改变。

Claims (17)

1.减少木制品表面开裂的方法，包括向木制品的至少一部分上涂覆包含(甲基)丙烯酸酯结构部分和颜料的组合物，其中固化后的涂层具有小于55℃的Tg。
2.权利要求1中的方法，其中(甲基)丙烯酸酯结构部分包含丙烯酸氨基甲酸酯。
3.权利要求2中的方法，其中丙烯酸氨基甲酸酯是脂族的。
4.权利要求2中的方法，其中丙烯酸氨基甲酸酯是芳族的。
5.权利要求1中的方法，  其中组合物包含至少两种(甲基)丙烯酸酯结构部分，其中至少一种具有大于二的(甲基)丙烯酸酯官能度。
6.权利要求1中的方法，其中组合物包含(甲基)丙烯酸酯化的环氧树脂、(甲基)丙烯酸酯化的聚酯、和(甲基)丙烯酸酯化的胺。
7.权利要求1中的方法，其中涂料中颜料的重量百分比是20-60wt％，重量百分比基于组合物中的固体总重量。
8.权利要求1中的方法，其中涂料具有10,000-75,000cPs的粘度。
9.权利要求1中的方法，其中涂料具有10,000-50,000cPs的粘度。
10.权利要求1中的方法，其中涂料具有20,000-40,000cPs的粘度。
11.权利要求8中的方法，其中涂料的粘度为30,000+/-5,000cPs。
12.权利要求1中的方法，其中木制品在施用包含(甲基)丙烯酸酯结构部分和颜料的组合物前已被着色。
13.权利要求1中的方法，其中固化后的涂层的Tg是35℃或更低。
14.权利要求1中的方法，其中(甲基)丙烯酸酯结构部分具有大于二的(甲基)丙烯酸酯官能度。
15.权利要求14中的方法，其中涂料进一步包含具有小于二的(甲基)丙烯酸酯官能度的稀释剂。
16.根据权利要求1处理的木制品。
17.根据权利要求1处理的木制品，其中木制品在经过10次冷热循环后具有少于5处的2英寸或更小的龟裂，和其中木制品具有40+/-5平方英寸的处理过的表面。
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