CN1083319C - 用于木材的浸渍剂和其制备和应用的方法 - Google Patents

Abstract

一种木材浸渍剂，它是一种阳性、季式、两性或尤其是非离子的表面活性剂乳液或分散液，其中这些表面活性剂是微溶于水的，该分散液或乳液的平均颗粒和液滴直径小于1微米。在不锈钢容器中放入欲浸渍的木材，并确保该木板不能漂浮，之后该容器连同内容物一起抽真空，在80～95%的真空下保持10～25分钟，在破坏真空的条件下在该容器中加入浸渍染液，将木材保留1～6小时。然后先取出浸渍溶液，后取出木材。

Description

用于木材的浸渍剂和其制备和应用的方法

本发明涉及一种用于木材的浸渍剂以及其制备和应用的方法，特别是浸渍欲进行机械加工的木材如用于所有种类的可削尖的记录笔、绘画笔、打印笔和/或绘图笔的棒形木材(Stifthoelzer)和由此制备的用品。

木材浸渍剂以及其用于浸渍的方法基本上是已知的。所以，在DE-OS 4313219A1的【1.】中提出一种浸渍木材的方法，其中通过使用聚硅氧烷首先得到拒水性能。

由于毒物学上的问题，这种方法已不适用于处理棒形木材。在EP-PS 0393306B1的【2.】中提出的方法也如此。

EP-PS 0510435B1【3.】描述了一种浸渍的方法，其以重煤焦油混合物为出发点。必须通过温度首先调节该浸渍剂到合适的粘度。

类似地，它同样适合在DE-PS4224510C1的【4.】中描述的方法。

在所有已知的浸渍剂中，特别涉及到改进的耐气候稳定性和抗霉菌性。而无出版物公开特别是对欲进行机械处理的木材特别是棒形木材的处理，更别说改善它们的机械可加工性。

在EP0596295A1的【5】中提出了一种将木材染黑的染色剂。该染色剂虽然涉及到棒形木材，但是这里首先要合乎所要求的色泽。

同样EP-PS 0553407B1【6.】已经提出了一种用于木材染色的酸性偶氮染料，是在合适的混合物中进行染色，如使那些已知的色彩变成黑色。该染色剂是以改善渗透性为出发点的，其中这种效果只不过是通过使用表面活性剂即所谓的润湿剂使表面张力降低而实现的。

如果浸渍大尺寸的木材，例如那些要求浸渍深度大于5毫米的木材，那么只降低表面张力是不够的。此外，对于其他种类的木材仅通过不经济的浸渍时间来获得有效作用。此外，对于高功率的机械和工具，石蜡分散的结果是不能提供足够的滑动和润滑效果。

EP 0695608A1【7.】提出了一种染色剂和一种木材染色的方法，其主要建立在已知的木材染色原理基础上，且仅仅通过PH值缓冲和络合不希望的离子来防止染脏。如在评价EP 0596295A1【5.】已提到，所要求的改善的渗透能力在较高的浸渍深度下是没有作用的。由于使用了PH值大于7的缓冲物质并使用了络合剂，所有离子化合物的直染性都失效了。这里，仅仅是在小尺寸木材的情况下和在本来已经稍微加工的木材如Inscense-香柏和节路顿胶下看到可加工性能的改进。

DE-PS3911091C2【8.】描述了一种含水的浸渍溶液，它除了无机盐如硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐和/或磷酸盐外还有蜡以及胺。其目的在于使木材中所含的酸以及甲醛化合，以便在作为包装材料使用时不会造成被包装物品的腐蚀。此外力求疏水化。但是，该方法不能改进可加工性。

与此相反，本发明的目的是获得一种用于木材的浸渍剂或浸渍分散液和/或-乳液，它们在木材中具有深的浸渍深度并能够改善木材的机械加工性能，例如在高速转动的机械中不会产生灼伤点和表面不会呈纤维状。

此外，以此方式既不降低木材的可胶合性，又不影响可上漆性。在浸渍后，很难加工和不易于削尖的木材应具有上文描述的优点。

本发明的目的还在于一种浸渍剂和/或浸渍乳液的用途，其可以深度地浸入几乎所有种类的木材中，并且赋予木材良好的可加工性能和可削尖性。

因此，本发明的目的是一种浸渍剂和/或一种浸渍乳液的用途，其可以深度地浸入几乎所有种类的木材中，并且赋予木材和由此制备的物品良好的可加工性能和可削尖性。

该目的是借助于所要求的浸渍剂和方法实现的，特别是通过这种途径来实现的，即浸渍剂是一种阳离子、季式、两性或尤其是非离子表面活性剂的乳液、分散液或溶液，优选含水的。

众所周知，来自该组的表面活性剂具有高的倾向性，即浸渍负电荷表面、特别是茸毛和纺织纤维，使它们变得可梳理和柔软。目前，已经发现，这种表面活性剂对木材的纤维素和半纤维素具有非常大的亲和力，并且能在这里聚集。就这点而言是令人吃惊的，原因是纤维素和半纤维素都不是可自由进入的，完全相反，它们牢固地结合在木材基体中。此外，同样认为上述表面活性剂对木材的胞间层木质素具有增塑作用。表面活性剂在木材纤维上、在Zellumina中以及在孔和空腔中的大量存在可以在纤维刚度均匀减少时保证足够的刀具润滑性。这种协同作用导致，例如在高速的刨削过程中不会从复合体中溶出纤维和/或扯出纤维，因此产生光滑的表面。

在优选的实施方案中，为了浸渍棒形木材，首先使用阳性、季式、两性或尤其是非离子表面活性剂，这种表面活性剂具有微弱的水溶性。

因此可以保证，对未涂漆的棒形木材，该物质不会通过手汗和/或通过唾液而被浸滤。

为了提高渗透能力，由微溶于水或不溶于水的物质制备乳液和/或分散液。特别地，这种乳液和/或分散液的特征在于，在分散相中颗粒和/或液滴的平均直径小于1.0微米。一般，颗粒和/或液滴的平均直径为0.4～1.2微米、优选0.6～0.95微米的乳液和/或分散液也是可以使用的。

在浸渍特别是湿度为80重量％和更高的潮湿的和/或切削的木材时，令人惊奇地表现出，在使用上述细分散体系时，渗透特别快。同样令人惊奇的是，因为这里必须使水和/或液汁与浸渍液之间进行交换。没有将该过程与一定的理论相结合，就可以认为直径小于1.0微米的细分散体系的颗粒和/或流动部分具有特别高的分散倾向。因此，通过渗透过程促进了所产生的对流式的物质交换。

采用较高的温度可以促进该过程。在附加采用较高的压力下，具有相同的结果。

分散体系的表征是交换表面的大小以及临界层的厚度。单位相临界面与颗粒直径为双曲线关系。在上述颗粒尺寸小于1微米的分散体系下，单位相交换面积约是10,000,000平方米/立方米。

此外，发现小于1微米的细分散体系基于其流动能力具有突出的储存稳定性并避免了沉淀和沉降。颗粒的运动冲量与其直径的三次方成比例。对于颗粒小于1微米的，在静止的介质中仅仅是“碰到的机会”增多而没有颗粒之间的碰撞。这避免了聚集和因此避免了颗粒的凝结。

经过几个月该乳液和/或分散液是稳定的。仅限制或防止颗粒运动的影响如冻结对细分散相破坏起到了作用。

细分散体系的制备优选地在按照高压膨胀原理运转的乳化设备中进行。因此，在高压下通过喷嘴压出初始乳液。在均化阀中形成较高功率密度的气蚀区，其中在产生较大的局部拉应力、压应力和剪应力的条件下，悬浮的颗粒和液滴被破坏和/或被分裂。对制备该乳液没有特别的要求。其可以通过搅拌或通过转子/定子体系来制备。

阳性和/或季式化合物是选自咪唑、苄类、烷类、二烷类、单烷基-三甲基类、二烷基-二甲基类、甲基-二烷氧基-烷基类、二烷基-甲基-苄基类、二酰胺基胺以及络合的双季式化合物中。但是那些在酸性介质中呈现出阳性特征的化合物也是适用的。也可以是非离子化合物，只要它们可以在杂原子上被质子化。这适合于脂肪族氨基氧化物、乙氧化胺以及氧化乙烯的加成物。两性化合物包括甜菜碱和两性电解质。

已知在浸渍时，根据其解剖学结构、也就是说根据其木材结构和是否涉及到心材或边材，木材吸收达200重量％的浸渍溶液。根据经验所必须的干燥是费时的而且需要非常严格地控制生产过程，只有这样才能防止废品。对此，原因是多方面的。然而最主要的原因是在未控制脱水时由于尺寸剧烈变化产生的变形、剥离和干裂。

由于水的渗入和/或在干燥开始时存在的木材高湿度，造成特别是在高温下瞬时塑性变形的显著增大。同时，特别是在切向切割木材时产生流体静应力。当通过木材的孔体系排出游离水时，就产生了流体静应力。在水/空气界面上形成的弯液面在水中在界面的后面产生流体静应力(随着毛细管半径的降低该应力升高)；当该应力超过木材的抗压强度时，其中的细胞受到破坏。大部分的变形在变形的木材冷却时作为塑性变形。因此，变形基本上由干燥梯度(瞬时木材湿度与干燥气氛产生的平衡湿度的比例)确定。干燥梯度越高，木材的变形量越大。通过使上述的中间片状木质素的增塑，细胞壁具有足够的柔韧性，以便在干燥时缓冲细胞破坏。这种效果肯定需要通过使用不挥发和因此具有某种程度保水性的表面活性剂来维持。也就是说，木材的空间中不仅保存了水，而且不挥发的表面活性剂也保留在其中并稳定该木材。

本发明获得和使用一种能深地浸入几乎所有种类的木材中和使木材具有良好的可加工性和可削性的浸渍乳液的目的是通过上述的浸渍剂实现的。

迄今为止，一直是用Inscense香柏木、节路顿胶或白松来制备铅笔和彩色笔。这种木材的结构和密度使其浸渍相对简单。这里，含水的石蜡乳液足以确保所要求的加工过程中的运转速度和可削性。上述种类的棒形木材一直是非常昂贵和罕见的，而且首先要选择可以一直快速运转的棒形木材制备机器。目前使用的切槽机床和刨床以显著高于40米/分钟的速度运转，所以常规浸渍的木材不再具有所需的平滑性能和润滑能力。其后果是具有烧痕和粗表面。更不用说，其他木材由于缺乏浸渍性不可能使用。

借助下面的实施例详细说明本发明：

I、浸渍剂：

实施例1：

在搅拌下将35.00重量％的1-硬脂酸氨基乙基-2硬脂酰3-甲基硫酸甲酯化咪唑啉与65.00重量％的水混合。接着在加压下在高压均化器中分散该混合物。在这种情况下，通过阀挤压液体并消除应力。分散液的平均颗粒尺寸是0.9微米，并可以随意稀释。

实施例2：

在搅拌下将38.00重量％的烷基二甲基苄基氯化铵与62.00重量％的水混合。按照实施例1分散该混合物。分散液的平均颗粒尺寸是0.85微米。这种乳液具有杀霉菌和杀菌的作用。还表明它不仅是一种抗微生物感染的稳定浸渍染液，而且使用它处理的木材除改进的可加工性能外还具有长期储存性。特别是该木材具有抗蓝色霉斑性。

实施例3：

借助于搅拌器，使40.00重量％的二硬脂酰二甲基氯化铵预分散在60.00重量％的水中。按照实施例1分散该预分散液。分散液的平均颗粒尺寸是0.85微米，并可以随意用水稀释。

实施例4：

借助于搅拌器，使35.00重量％的硬脂乙氧化胺与5摩尔的环氧乙烷溶液预分散在热水中，并用酸将其调整到酸性pH值。对此，可以使用任何一种酸。正磷酸由于其耐腐蚀性和其允许作为食品添加剂是优选的。在350巴下，按照实施例1分散该预分散液。分散液的平均颗粒尺寸是0.95微米。

当然，根据需要，浸渍染液是可以被染色的，以便使欲浸渍的木材具有所需要的颜色。特别是在特种木材的后处理时，为了突出纹理、遮掩木材的缺陷和产生最佳的效果需要进行上述染色。

众所周知，适合这里使用的染料例如是在EP0553407B1【6】和/或EP0596295A1【5.】中提出的染料。然而这些染料在生理学上不总是无异议的和大多数具有中等的耐光牢度。在本发明的范围中已经发现，如果颜料具有可比较的或较小颗粒尺寸的分散相并且关于其润湿剂体系其可以与阳离子体系配合使用，那么在上述条件下该颜料同样可以浸入木材中。这种特别细颗粒的颜料作为含水的颜料制剂是市场上可得到的。

实施例5：

借助于搅拌器，使32重量％的二硬脂酰二甲基氯化铵预分散在67.2重量％的水中。使用0.8重量％的由平均颗粒尺寸为0.071微米的Pigment Brown 25，CI 12510制成的20％的含水制剂使该预分散液染色。按照实施例1分散该预分散液。分散液的平均颗粒尺寸是0.85微米，并可以随意用水稀释到使用浓度。

II、应用实施例：

实施例6：在直径为1600厘米和长度为8000厘米的圆柱形不锈钢容器中放入规格是20.0mm×80.0mm×2000mm和湿度为15.0重量％的白松木板，并且确保该木板不能漂浮。之后该容器连同内含物一起抽真空，并在90％的真空下保持15分钟。8000升根据实施例1制备的并稀释至8.0重量％活性物质的浸渍染液只好在破坏真空的条件下被吸入该容器中。

这时存在于液体水平面之下的木材借助于12.0巴的压力进行进气冲击，并持续120分钟。在此期间通过泵补充用尽的那部分浸渍染液。接着压缩和/或泵送来自于该容器的浸渍液体。通过进行约10分钟的再真空化，可以防止浸渍液体的滴落。该木板完全被浸渍染液浸透和可以以常规方式干燥。

在干燥之后，木板的活性含量平均是6.5重量％，并将木板锯成规格是73×5×185mm的小木板。

该木板具有足够的加工运行速度和可削性。

此外，由于木材中存在的1-硬脂酸氨基乙基-2硬脂酰3-甲基硫酸甲酯化咪唑啉的抗静电性能，锯屑和刨花的运输是无异议的。

实施例7：

在应用实施例1的容器中放入8立方米新切割的规格为20.0×80.0×2000mm和含水量平均为80重量％的白杨木板，并且确保该木板不能漂浮。将根据实施例1制备的并稀释至12.0重量％活性物质的浸渍染液泵送至该容器中，并用14巴的液体压力进气冲击。并在该压力下保持240分钟，同时在此期间循环该浸渍液体。这种循环是必要的，因为在这种情况下木材汁与浸渍剂进行交换和因此造成局部浓度不同。

接着泵送来自该容器的浸渍染液和进行10分钟的再真空化，以便防止滴液。该木板完全被浸渍染液浸透和可以以常规方式干燥。在干燥之后，木板的活性含量平均是6.0重量％，并将木板锯成规格是73×5×185mm的小木板。

实施例8：

在应用实施例1的容器中放入8立方米新切割的规格为20.0×80.0×2000mm和含水量平均为80重量％的白杨木板，并且确保该木板不能漂浮。将根据实施例5制备的并稀释至12.0重量％活性物质的浸渍染液加热至85℃，泵送至该容器中并用14巴的液体压力进气冲击。并在该压力下保持240分钟，同时在此期间循环该浸渍液体。接着泵送来自该容器的浸渍染液和进行10分钟的再真空化，以便防止滴液。该木板完全被浸渍染液浸透和可以以常规方式干燥。

在干燥之后，木板的活性含量平均是6.5重量％。此外，它呈红棕色。

可以将木板锯成规格是73×5×185mm的小木板。

该木板具有足够的加工运行速度和可削性。

同样浸渍剂的抗静电效果可以改进切屑的运输和避免煤尘爆炸的危险。

通过加工阻力的减少可以将刀具的寿命提高至使用时间的四倍。

所有的通过这样浸渍的木板制备的写字用具、绘画仪器和绘图仪器或其他的物品具有很好地进行切削、随意切割或其他加工，可以满足对这种物品提出的高要求。它特别是具有好的可涂漆性。

Claims (20)

1、一种木材浸渍剂，其特征在于，它是一种不溶于水的阳性、季式、两性或非离子型表面活性剂的一种含水乳液或分散液，还在于，表面活性剂中作为分散相保留的不溶于水的剩余量的平均颗粒-或液滴直径小于1微米。

2、根据权利要求1的浸渍剂，其特征在于，阳性和/或季式的表面活性剂或化合物选自咪唑、苄基化合物、烷基化合物、二烷基化合物、单烷基-三甲基化合物、二烷基-二甲基化合物、甲基-二烷氧基-烷基化合物、二烷基-甲基-苄基化合物、二酰胺基胺中。

3、根据权利要求1的浸渍剂，其特征在于，阳性和/或季式的表面活性剂或化合物选自络合的双季式化合物。

4、根据权利要求1的浸渍剂，其特征在于，表面活性剂或化合物是选自脂肪族氨基氧化物、乙氧化胺和/或环氧乙烷加成物的非离子化合物，它们可以在杂原子上被质子化和因此在酸性介质中呈现出阳性特征。

5、根据权利要求1的浸渍剂，其特征在于，表面活性剂是选自甜菜碱和/或两性电解质的两性化合物。

6、根据上述权利要求之一的浸渍剂，其特征在于，它包含35.00重量％的表面活性剂和65.00重量％的水。

7、根据权利要求6的浸渍剂，其特征在于，其中的表面活性剂是1-硬脂酸氨基乙基-2硬脂酰3-甲基硫酸甲酯化咪唑啉。

8、根据权利要求1～5之一的浸渍剂，其特征在于，它包含38.00重量％的表面活性剂和62.00重量％的水。

9、根据权利要求8的浸渍剂，其特征在于，其中所说的表面活性剂是烷基二甲基苄基氯化铵。

10、根据权利要求1～5之一的浸渍剂，其特征在于，它包含40.00重量％的表面活性剂和60.00重量％的水。

11、根据权利要求10的浸渍剂，其特征在于，其中所说的表面活性剂是二硬脂酰二甲基氯化铵。

12、根据权利要求1～5之一浸渍剂，其特征在于，它包含35.00重量％的表面活性剂和65重量％的水。

13、根据权利要求12的浸渍剂，其特征在于，其中的表面活性剂是具有5摩尔环氧乙烷的硬脂乙氧化胺。

14、根据权利要求1～5之一的浸渍剂，其特征在于，它包含32.00重量％的表面活性剂，67.2重量％水和0.8重量％的平均颗粒尺寸小于0.1微米的20％的含水颜料制剂。

15、根据权利要求14的浸渍剂，其特征在于，其中的表面活性剂是二硬脂酰二甲基氯化铵。

16、制备上述权利要求之一的浸渍剂的方法，该浸渍剂是一种不溶于水的阳性、季式、两性或非离子型表面活性剂的一种含水乳液或分散液，其特征在于，首先通过搅拌或在转子/定子体系中由表面活性剂和水制备初始乳液，在高压下、在按照高压膨胀原理运转的乳化设备中通过喷嘴挤压该初始乳液，然后在均匀阀中形成较高功率密度的气蚀区，其中在产生较大的局部拉应力、压应力和剪应力的条件下，悬浮的颗粒液滴被破坏和/或被分裂。

17、根据上述权利要求1-15之一的浸渍剂用于浸渍木材的用途。

18、根据权利要求17的用途，其中在使用升高的温度和/或升压的条件下进行浸渍。

19、根据权利要求17或18的浸渍剂的用途，首先在合适的容器中放入新切割的木板，并且确保该木板不能漂浮，然后将浸渍染液泵送入该容器中和使用14巴的液体压力进气冲击，并在该压力下保持4小时，在此期间循环该浸渍液体，然后从该容器中泵送出该浸渍染液和取出木材。

20、根据权利要求17或18的浸渍剂的用途，其中在合适的容器中放入新切割的平均含水量为80重量％的木板，并确保木板不能漂浮，将稀释至12.0重量％活性含量和加热至85℃的浸渍剂泵送入该容器中，使用14巴的液体压力进气冲击，在该压力下保持4小时，在此期间循环浸渍液体，接着从该容器中泵送出浸渍染液，然后再进行抽真空10分钟。