CN104723428A - 经水基组合物浸渍的木制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浸渍产品，其包括：具有内部空隙的纤维素基板；和包括水、吸湿性聚合物和固体组分的组合物的反应产物；其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍。本发明还公开了生产和使用所述产品的方法。

Description

经水基组合物浸渍的木制品
相关专利申请的交叉引用
本申请主张于2013年12月20日提交的美国专利申请序列号14/137,564的优先权的权益，其全部特此以引用的方式并入本文。
背景技术
已经采用了几种方法使木制品变硬。这些尝试已包括涂表面涂层例如清漆和用各种物质浸渍木材。通过浸渍使木制品变硬的成功已经部分受到木材吸收方面挑战的限制。因此，已知的浸渍单体共混物不能够使木材表面充分硬化。
在本领域中将需要增加纤维素材料的硬度并且满足可持续性标准的浸渍组合物。
发明内容
本发明的一些实施方案提供了一种浸渍产品，其包括：具有内部空隙的纤维素基板；和组合物的反应产物，所述组合物包括：约60％至约80％的水；吸湿性聚合物；和固体组分；其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍。
本发明的一些实施方案提供了一种浸渍产品，其包括：具有内部空隙的纤维素基板；和组合物，其包括：约60％至约80％的水；吸湿性聚合物；和固体组分；其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍，然后聚合或交联所述组合物。
其他实施方案提供了包括多个本文所述任一种产品的地板系统。
从下面对优选实施方案更加详细的描述，举例而言，从本发明的原理看，本发明的其他特征和优点将显而易见。
具体实施方式
如本文所使用，术语“(多个)内部空隙”指纤维素基板内的空腔。
如本文所使用，术语“可用内部空隙”指纤维素基板内能够吸收并保持浸渍组合物的空腔。
如本文所使用，术语“生物基组分”和“生物基材料”指具有丙烯酸或环氧官能团的有机材料，其含有一定量的来源于生物质，例如植物、农作物、废木材、动物废弃物、脂肪和油的非化石碳，非化石碳具有不同于化石燃料生成的碳的C14放射性特征。生物基材料可能不一定100％源自生物质。通常，生物基材料中生物基内容物的量为所述材料或产品中生物基碳的量，表示为所述材料或产品中总有机碳的重量分数(质量)或重量百分比(质量)。ASTM D6866(2005)描述了测定生物基内容物的试验方法。
本发明的一些实施方案提供了一种浸渍产品，其包括：具有内部空隙的纤维素基板；和组合物的反应产物，所述组合物包括：约60％至约80％的水；吸湿性聚合物；和固体组分；其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍。
本发明的一些实施方案提供了一种浸渍产品，其包括：具有内部空隙的纤维素基板；和组合物，其包括：约60％至约80％的水；吸湿性聚合物；和固体组分；其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍。
在一些实施方案中，所述组合物包括约70％至约80％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约60％至约70％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约60％至约75％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约60％至约70％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约65％至约75％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约70％至约75％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括约65％至约70％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括70％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括74％的水。在一些实施方案中，所述组合物包括66％的水。
在一些实施方案中，所述纤维素基板源自槭属(Acer)或栎属(Quercus)。
在一些实施方案中，所述吸湿性聚合物选自聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇和聚氨酯乳液。在一些实施方案中，所述吸湿性聚合物为聚乙酸乙烯酯。
在一些实施方案中，所述固体组分包括适合尺寸的颗粒以与液体组分混合形成所述浸渍组合物。在一些实施方案中，所述固体组分包括选自金属氧化物、粘土、三水合铝、金刚石、碳化硅、玻璃珠、石膏、石灰石、云母、珍珠岩、石英、沙子、滑石及其两种或更多种的组合的颗粒。
在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度小于约1微米的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度大于约1纳米(nm)的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度大于约10nm的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度大于约50nm的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度大于约70nm的颗粒。
在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度介于约1nm和约500nm之间的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度介于约10nm和约400nm之间的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度介于约50nm和约300nm之间的颗粒。在一些实施方案中，所述固体组分包括平均粒度介于约100nm和约250nm之间的颗粒。
在一些实施方案中，所述固体组分包括的颗粒的平均粒度介于约1nm和约10nm之间，介于约10nm和约20nm之间，介于约20nm和约30nm之间，介于约30nm和约40nm之间，介于约40nm和约50nm之间，介于约50nm和约60nm之间，介于约60nm和约70nm之间，介于约70nm和约80nm之间，介于约80nm和约90nm之间，介于约90nm和约100nm之间，介于约1nm和约50nm之间，介于约50nm和约100nm之间，介于约30nm和约70nm之间，为约10nm、约20nm、约30nm、约40nm、约50nm、约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm，为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或之间任何适合组合、子组合、范围或子范围。
在一些实施方案中，所述固体组分包括金属氧化物。在一些实施方案中，所述组合物包括大于约5％的金属氧化物分散体。在一些实施方案中，所述组合物包括大于约10％的金属氧化物分散体。在一些实施方案中，所述组合物包括大于约15％的金属氧化物分散体。在一些实施方案中，所述组合物包括约20％的金属氧化物分散体。在一些实施方案中，所述金属氧化物包括氧化铝。
在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约25％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约30％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约35％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约40％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约45％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约50％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约55％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约60％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约65％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约70％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约75％的可用内部空隙。在一些实施方案中，所述浸渍组合物充满纤维素基板至少约80％的可用内部空隙。
在一些实施方案中，所述产品进一步包括阻燃剂。在一些实施方案中，阻燃剂选自：硼酸、磷酸氢二铵、氯化蜡、硼酸铵及其两种或更多种的组合。在一些实施方案中，在浸渍组合物中包括阻燃剂。在一些实施方案中，在涂层中包括阻燃剂。
本发明的一些实施方案提供了包括多个本文所述任一种浸渍产品的地板系统。一些实施方案提供了包括约1至约15层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。一些实施方案提供了包括约3至约12层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。一些实施方案提供了包括约6至约10层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。
在一些实施方案中，所述涂层选自：填料涂层、密封涂层、耐磨涂层和UV固化涂层。在一些实施方案中，所述系统提供了更少的挥发性有机化合物排放。
一些实施方案包括耐磨涂层。在一些实施方案中，耐磨涂层包括选自氧化铝、刚玉、熔融刚玉、烧结刚玉、锆刚玉、溶胶凝胶刚玉、碳化硅、碳化硼及其两种或更多种的组合的颗粒。
在一些实施方案中，浸渍组合物进一步包括染料、染剂或其他着色剂。在一些实施方案中，浸渍组合物包括按重量计，浓度为约0.76％的染料。在一些实施方案中，浸渍组合物包括按重量计，浓度为约0.81％的染料。在一些实施方案中，浸渍组合物包括按重量计，浓度介于约0.60％和约1％之间的染料。
在一些实施方案中，浸渍组合物进一步包括抗菌剂。在一些实施方案中，所述抗菌剂抑制细菌、真菌、微生物和其他病原体或非病原体生长。在一些实施方案中，所述抗菌剂根据需要移动到涂层表面，从而建立控制与涂层表面接触的微生物生长的浓度梯度。
在一些实施方案中，所述抗菌剂选自：2,4,4'-三氯-2'-羟基二苯醚和聚六亚甲基双胍盐酸盐(PHMB)。其他具有已知抗菌特征的化学化合物也可用于本发明中。在一些实施方案中，所述抗菌剂以按重量计约0.075％-3％的浓度存在。在一些实施方案中，在浸渍组合物中包括抗菌剂。在一些实施方案中，在涂层中包括抗菌剂。
在一些实施方案中，浸渍组合物进一步包括生物基材料，其含有一定量的来源于生物质，例如植物、农作物、废木材、动物废弃物、脂肪和油的非化石碳，例如，基于聚2-羟基乳酸酯(乳酸)的多元醇。在一些实施方案中，生物基材料包括但不限于丙烯酸封端聚交酯、羟基封端聚交酯、脂肪族-芳香族生物基多元醇、丙烯酸化生物基多元醇、共聚多酯、聚酰胺酯、丙交酯、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚己内酯和聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物。
在一些实施方案中，浸渍组合物包括源自1,4-丁二醇、脂肪酸和邻苯二甲酸二甲酯的脂肪族-芳香族共聚多酯的共混聚合物。
在一些实施方案中，生物基材料包括选自1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯(PDDMA)、丙烯酸异冰片酯(IBOA)、3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化二甲基丙烯酸酯、乙氧基化二丙烯酸酯和源自丙交酯的丙烯酸化多元醇的化合物。
在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约1％至约75％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约5％至约60％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约8％至约50％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约10％至约45％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约15％至约40％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约20％至约35％。在一些实施方案中，生物基材料按重量计，包括浸渍组合物的约30％。
本发明的一些实施方案提供了进一步包括选自以下的成分的浸渍产品：1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯(PDDMA)、丙烯酸异冰片酯(I BOA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、双季戊四醇三丙烯酸酯(DPETA)、甲基丙烯酸异癸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基甲酰胺、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化或丙氧基化三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三(甲基)丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、乙氧基化(4)双酚A二甲基丙烯酸酯、乙氧基化二甲基丙烯酸酯、乙氧基化二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-EHA、环己烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯和1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯。
在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于1英寸。在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于0.75英寸。在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于0.5英寸。在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于0.25英寸。在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于0.2英寸。在一些实施方案中，纤维素基板的厚度小于0.1英寸。
在一些实施方案中，浸渍产品的硬度大体上均匀。
其他实施方案提供了包括多个本文所述任一种产品的地板系统。一些实施方案提供了包括约1至约15层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。一些实施方案提供了包括约3至约12层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。一些实施方案提供了包括约6至约10层涂到本文所述任一种浸渍产品的涂层的系统。
在一些实施方案中，如同与未经处理的同类木材相比有压痕阻力所证明，浸渍产品展现出更强的硬度。可通过使用Janka冲击试验装置进行Janka试验(ASTM D 1037)测试木制品时需要的力测量“压痕阻力”，测量的力将直径0.444英寸的钢珠压入1英寸厚的样品中达0.222英寸的深度。值越高反映压痕阻力越大。
在一些实施方案中，通过将与本文所述浸渍产品对应的经浸渍薄木板基板粘合在一起制造的1英寸厚的样品提供了，例如大于约1000lb力的Janka值。在一些实施方案中，通过将与本文所述浸渍产品对应的经浸渍薄木板基板粘合在一起制造的1英寸厚的样品提供了，例如大于约1500lb力的Janka值。
实施例
实施例1：制备浸渍组合物的示例性工艺
称取聚合引发剂并倒入装有丙烯酸酯单体的第一容器中。然后将规定量的丙烯酸化增塑剂加到第二容器中。然后将丙烯酸酯单体加到第二容器中。然后混合丙烯酸酯单体、丙烯酸化增塑剂和聚合引发剂直至共混。然后将混合物放回第一容器中，向其中添加附加量的丙烯酸酯单体。混合第一容器的内容物直至均匀。
实施例2：浸渍纤维素基板的示例性工艺
将待浸渍的纤维素基板装入容器并关好门。关闭放出阀和主阀。打开真空阀和仪表阀。启动真空泵并打开真空计。使真空下降到最低50mm。打开主阀使浸渍组合物从第一容器进入第三容器。关闭主阀并用氮气将第三容器加压到约20psi。在约20psi下浸泡约45min。打开主阀以将浸渍组合物吹回第一容器中。关闭主阀。增压至约40psi并让其排放约15min。打开主阀并让剩余浸渍组合物排入第一容器中。增压并将第三容器中的压力维持在70-80psi。向第三加压容器的加热外壳引入蒸汽。留住蒸汽直至达到预定截断温度。从第三容器释放压力。用水冷却第三容器。开门并放空第三容器。
实施例3
制备1000g如表3(下文)中描述的水基组合物并用于浸渍0.165英寸厚的橡木薄板，例如实施例1(上文)中所述。将经过浸渍的薄木板与其他橡木和白杨木薄板粘合并压在一起以制成1英寸厚的6层样品，进行压痕试验。
表1
表1(上文)中描述的数据证明，浸渍组合物中包括纳米颗粒使得经其浸渍的纤维素基板硬度出乎意料的提高。
实施例4
制备1500g如表2(下文)中描述的水基组合物并用于浸渍0.08英寸厚的橡木薄板，例如实施例1(上文)中所述。将经过浸渍的薄木板与其他橡木和白杨木薄板粘合并压在一起以制成1英寸厚的12层样品，进行压痕试验。
表2
表2(上文)中描述的数据进一步证明，浸渍组合物中包括纳米颗粒提供了经其浸渍的纤维素基板硬度出乎意料的提高。
虽然已经参考优选实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本发明范围的前提下，可做各种变化并且可用等同元素代替其元素。另外，在不背离其基本范围的前提下，可做许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，其意图是本发明不限于作为预期实施本发明的最佳模式公开的特定实施方案，但是本发明将包括属于所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种浸渍产品，包括：
具有内部空隙的纤维素基板；和
组合物的反应产物，所述组合物包括：
约70％至约80％的水；
吸湿性聚合物；和
固体组分；
其中所述纤维素基板经所述组合物浸渍。
2.根据权利要求1所述的产品，其中所述纤维素基板源自槭属或栎属。
3.根据权利要求1或2所述的产品，其中所述吸湿性聚合物选自聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇和聚氨酯乳液及其两种或更多种的组合。
4.根据权利要求3所述的产品，其中所述吸湿性聚合物包括聚乙酸乙烯酯。
5.根据权利要求1或2所述的产品，其中所述固体组分包括选自金属氧化物、粘土、三水合铝、金刚石、碳化硅、玻璃珠、石膏、石灰石、云母、珍珠岩、石英、沙子、滑石及其两种或更多种的组合的颗粒。
6.根据权利要求5所述的产品，其中所述固体组分包括平均粒度小于约1μm的颗粒。
7.根据权利要求1或2所述的产品，其中按重量计，所述组合物包括70％至74％的水。
8.根据权利要求7所述的产品，进一步包括阻燃剂。
9.根据权利要求1或2所述的产品，其中所述组合物进一步包括生物基组分。
10.根据权利要求9所述的产品，其中所述生物基组分包括选自1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯(PDDMA)、丙烯酸异冰片酯(IBOA)、3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化二甲基丙烯酸酯、乙氧基化二丙烯酸酯和源自丙交酯的丙烯酸化多元醇的化合物。
11.根据权利要求10所述的产品，其中所述产品进一步包括选自填料涂层、密封涂层、耐磨涂层和UV固化涂层的涂层。
12.一种浸渍产品，包括：
具有内部空隙的纤维素基板；和
组合物的反应产物，所述组合物包括：
约60％至约70％的水；
吸湿性聚合物；和
固体组分；
其中所述纤维素基板经所述反应产物浸渍。
13.根据权利要求12所述的产品，其中所述纤维素基板源自槭属或栎属。
14.根据权利要求12或13所述的产品，其中所述吸湿性聚合物选自聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯乳液及其两种或更多种的组合。
15.根据权利要求14所述的产品，其中所述吸湿性聚合物为聚乙酸乙烯酯。
16.根据权利要求12或13所述的产品，其中所述固体组分包括选自金属氧化物、粘土、三水合铝、金刚石、碳化硅、玻璃珠、石膏、石灰石、云母、珍珠岩、石英、沙子、滑石及其两种或更多种的组合的颗粒。
17.根据权利要求16所述的产品，其中所述固体组分包括平均粒度小于约1μm的颗粒。
18.根据权利要求12或13所述的产品，其中所述组合物进一步包括生物基组分。
19.根据权利要求18所述的产品，其中所述生物基组分包括选自1,3-丙二醇二甲基丙烯酸酯(PDDMA)、丙烯酸异冰片酯(IBOA)、3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化二甲基丙烯酸酯、乙氧基化二丙烯酸酯和源自丙交酯的丙烯酸化多元醇的化合物。
20.根据权利要求12或13所述的产品，其中所述产品进一步包括选自填料涂层、密封涂层、耐磨涂层和UV固化涂层的涂层。
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