专利名称：组合物，由其浸渍的木材元件及浸渍木材元件的方法
技术领域：
本发明涉及混合物形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其中组 分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，本发明 还涉及批料形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其中组分a)包含至少一 种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，本发明还涉及可通过用 所述组合物浸渍木材元件获得的浸渍过的木材元件以及浸渍方法。
背景技术：
硫醇-烯自由基化学从可追溯到20世纪30年代后期的早期工作中即已知。 Charles E. Hoyle, Tai Yeon Lee, Todd Roper 在 J. Polym. Sci. Part A :Polym. Chem. Vol. 42 (2004)中发表了综述“Thiol-Enes Chemistry of the Past with Promise for the Future”。硫醇-烯已用于如下领域透明防护涂料、添加颜料的涂料、光引发的液晶结构材 料和粘合剂。木材的浸渍/改性描述于许多申请和专利中。这些申请中的主要目的是通过改进 防水性来防止木材降解和真菌。近年来的焦点在于用新的环境友好的技术代替旧的浸渍方 法。几种有前景的技术基于用糠基(WPT/Kebony)、乙酰基(Accoya/Accsys/Titanwood)、酚 (Fibron,C-K复合材料，Permali等)或脲/三聚氰胺/甲醛树脂(BASF/Belmadur)处理木 材。在包括高温和压力的能量密集型工艺过程中，基于水/含水物的浸渍技术在很大 程度上取决于木质细胞随时间的受控膨胀。若干技术表现出良好的性能及改进的防水性， 但迄今为止没有哪一个被证明是成本有效的。共同的缺点还包括浸渍液的有限渗透、脱色 以及浸渍的木材制品的一定程度上的膨胀。用有机油如桐油和亚麻籽油浸渍历史上是优选的浸渍木材的技术。所述油取决于 缓慢的空气氧化机制来适当固化。渗透是有限的，这通常导致防水性不完善。木材是用于家具生产的优选材料。但与如金属和各种复合材料的材料相比，厚重 的木材结构具有有限的机械强度。因此当需要薄的结构时，家具设计者被迫使用其他材料。此外，热带雨林的快速砍伐加之剧烈的气候变化已使人们聚焦于如何在如地板、 家具和艇甲板的应用中取代深色的热带木材。在前面提到的几种近期的浸渍技术中，所得 到的木材通常变黑和/或颜色不当。在通过浸渍较轻/较软的木材复制一些热带木材种类 时可利用这种副作用。但就精确复制热带外观而言，这种着色是难以控制的。因此需要改善木材制品几个方面的性质。实例有防水性、改进的硬度、尺寸稳定 性、机械强度、刚度和着色性。着色性与提高的机械强度在今后几年内将成为重要的方面。 目的是在大多数应用中代替雨林木材以保护稀缺和脆弱的资源。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种浸渍过的木材元件，所述浸渍过的木材元件在不同的应用中具有改进的性质和性能，如防水性、硬度、尺寸稳定性、机械强度、刚度、高E模量 和着色性。这通过用来浸渍木材元件的组合物实现。因此，本发明涉及混合物形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)， 其中组分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯， 其中硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100。此外，本发明涉及批料形式(多组分形式)的组合物，所述组合物包含至少两种组 分a)和b)，其中组分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/ 或多官能烯，其中硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100，且组分a)和b)彼此分开。此外，本发明还包括浸渍过的木材元件，所述浸渍过的木材元件可通过用根据本 发明的混合物形式的组合物或根据本发明的批料形式(多组分形式)的组合物组分的混合 物浸渍木材元件并之后固化所述组合物或混合物获得。此外，本发明涉及浸渍木材的方法，其中木材元件用根据本发明的混合物形式的 组合物或根据本发明的批料形式(多组分形式)的组合物组分的混合物浸渍。此外，本发明还涉及混合物形式的组合物或批料形式的组合物组分的混合物用于 浸渍木材元件的应用。定义“硫醇”指含由硫原子和氢原子构成的官能团即-SH基团的化合物。该官能团称为 硫醇基团或巯基。硫醇也称为巯醇。“烯”指含有至少一个由为两个碳原子之间的双键或三键的不饱和键构成的官能 团的化合物。该官能团称为烯基团。“单官能”表示一个分子具有一个官能团。当涉及硫醇时，其表示硫醇分子具有一 个硫醇基团。对于烯同样有效，即分子具有一个不饱和键。“多官能”表示一个分子具有两个或更多个官能团。当涉及硫醇时，其表示硫醇分 子具有两个或更多个硫醇基团。对于烯同样有效，即分子具有两个或更多个不饱和键。“硫醇-烯”是用于包含具有硫醇基团的化合物和具有烯基团的化合物的溶液的表 述。该表述有时可用于包含两种组分a)和b)的组合物。但其仅可在组分a)和b)是混合 物时使用。本申请中用到了表述“批料形式(多组分形式)的组合物”。“批料形式”表示组 合物中包含例如至少两种组分且其保持彼此分开。其可通过存放在两个单独的容器中或存 放在具有分隔壁(该分隔壁可在后来使用组合物时被取出或被破坏)的容器中来分开。对 于会在不希望时反应的两种组分例如在应用于浸渍过程之前反应的两种组分，可使用这种 分开。这取决于选择了何种组分以及希望的贮存时间。当组合物中的所述至少两种组分为混合物时使用表述“混合物形式的组合物”。木材元件可为硬木、软木或任何类型木材种类的压缩或未压缩的任何木材块或 件。
具体实施例方式本发明涉及混合物形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其中组 分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，其中硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100。硫醇与烯之间不同的摩尔比使得操作人员可以 控制固化过程并随意调节浸渍过的木材元件的性质。对于硫醇与烯之间1 0.9-1 10 的摩尔比，获得反应性硫醇基团与烯基团的另一有效转化。在低比率下，硫醇在很大程度上 作为引发剂和链转移剂，在高比率下，硫醇在更大程度上作为共聚单体。所述组合物用于浸 渍木材。通过使用常规的真空压力浸渍高压釜，获得非常好的渗透性。利用任意的常规热 源如加热炉、木材干燥窑/室、HF/温压机等，在60-150摄氏度下实现固化。所得木材元件 具有显著提高的机械性质。基于初始木材纹理(年轮方向、节、初始硬度等)，北欧硬木种类 如桤木、山毛榉和桦木在浸渍后全部具有8-15的布氏硬度。抗弯强度试验表明对于相同 的种类，值增加最高达70%。例如，桦木的抗弯强度从115MPa增加到160MPa，对于压缩的 桦木，抗弯强度从141MPa增加到239MPa(参见表8、实施例9)。此外，本发明涉及批料形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其 中组分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，其 中硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100，且组分a)和b)彼此分开。如上所述，由于 硫醇基团与烯基团可能在需要其反应之前相互反应，所以所述组分有时需要分开。组分a) 和b)的一些混合物反应非常快，而两组分a)和b)的其他混合物反应可能没那么快。这样 的混合物或组合物具有较长的贮存期。应理解，批料形式的组合物中两组分a)和b)的混 合物等同于包含两组分a)和b)的混合物形式的组合物。如上所公开的，对于硫醇与烯之间1 0.9-1 10的摩尔比，获得反应性硫醇基 团与烯基团的另一有效转化。通过该较窄的范围可获得规则的且可控的聚合物网络。也可 改善固化度。下文中当使用表述“组合物”时，如果没有另外指出，则其涉及混合物形式的组合 物及批料形式的组合物二者。如所提到的，通过用根据本发明的组合物浸渍，改善木材元件的性质。具有硫醇 基团和烯基团的组合物是早先已知的且经常称为“硫醇_烯”，如上所提及的。硫醇_烯 的使用领域已有透明防护涂料、添加颜料的涂料、光引发的液晶结构材料和粘合剂。出任 意料地，本发明人发现根据本发明的包含至少两种组分a)和b)的组合物可用于浸渍木 材元件并赋予木材元件非常好的性质，其中所述组分a)包含至少一种单和/或多官能硫 醇，所述组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，其中硫醇基团与烯基团之间的摩尔比为 1 0.1-1 100。此外可拓宽木材的应用领域。硫醇基团与烯基团之间的摩尔比也可为 1 0.9-1 10。根据本发明的包含含有至少一个单和/或多官能硫醇基团的组分和含有至少一 个单和/或多官能烯基团的组分的混合物形式的组合物可通过自由基机制(参见下面的方 案1)在室温下固化。方案1 硫醇-烯的一般聚合过程
权利要求
一种浸渍过的木材元件，其特征在于所述浸渍过的木材元件是可如下获得的用包含至少两种组分a)和b)的混合物形式的组合物浸渍木材元件，然后固化所述组合物亦即混合物，其中组分a)包含选自巯基丙酸酯、巯基乙酸酯及其混合物的至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含选自降冰片烯、乙烯基醚、丙烯基化合物、烯烃、乙烯基酯、N 乙烯基酰胺、烯丙基醚、烯丙基三嗪、烯丙基异氰脲酸酯、丙烯酸酯、不饱和酯、N 取代的马来酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、共轭二烯及其混合物的至少一种单和/或多官能烯，硫醇基与烯基之摩尔比为1∶0.1 1∶100。
2.根据权利要求1的浸渍过的木材元件，其特征在于所述组分a)和b)中的至少一种 包含染料、微粉化颜料和/或颜料。
3.根据权利要求1或2的浸渍过的木材元件，其特征在于所述组分a)和b)中的至少 一种可包含选自引发剂、阻聚剂和其他添加剂的添加剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的浸渍过的木材元件，其特征在于以所述浸渍过的木材 元件的总重量计，所述木材元件包含约1到约80重量％的所述组合物或混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项的浸渍过的木材元件，其特征在于所述木材元件选自软 木和硬木。
6.根据权利要求1-5中任一项的浸渍过的木材元件，其特征在于硫醇基与烯基之摩尔 比为 1 0. 9-1 10。
7.一种浸渍木材元件的方法，其特征在于用包含至少两种组分a)和b)的混合物形式 的组合物浸渍所述木材元件，其中组分a)包含选自巯基丙酸酯、巯基乙酸酯及其混合物的 至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含选自降冰片烯、乙烯基醚、丙烯基化合物、烯烃、 乙烯基酯、N-乙烯基酰胺、烯丙基醚、烯丙基三嗪、烯丙基异氰脲酸酯、丙烯酸酯、不饱和酯、 N-取代的马来酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、共轭二烯及其混合物的至少一种单 和/或多官能烯，硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100。
8.一种浸渍木材元件的方法，其特征在于用包含至少两种组分a)和b)的批料形式的 组合物的混合物浸渍所述木材元件，其中组分a)包含选自巯基丙酸酯、巯基乙酸酯及其混 合物的至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含选自降冰片烯、乙烯基醚、丙烯基化合 物、烯烃、乙烯基酯、N-乙烯基酰胺、烯丙基醚、烯丙基三嗪、烯丙基异氰脲酸酯、丙烯酸酯、 不饱和酯、N-取代的马来酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、共轭二烯及其混合物的至 少一种单和/或多官能烯，硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.1-1 100;其中所述组分a)和 b)在浸渍前以批料形式彼此分开并在浸渍时彼此混合成组分a)和b)的混合物。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于用步骤i、ii、iii、vii、viii以及以任意顺 序的任选步骤iv、ν和vi中的一个或更多个浸渍所述木材，i)将所述木材元件装入室中， )将所述组合物或混合物进料到所述室中，iii)对所述室中的所述木材元件施加真空，iv)对所述木材元件施加常压，ν)对所述木材元件施加超压，vi)对所述木材元件施加真空，vii)从所述室中取出所述木材元件，和viii)加热所述浸渍过的木材元件到至少40°C的温度，保持至少5分钟。
10.包含至少两种组分a)和b)的混合物形式的组合物的应用；或批料形式的组合物 的至少两种组分a)和b)的混合物的应用，其中所述组分a)和b)在使用前彼此分开；其中 组分a)包含选自巯基丙酸酯、巯基乙酸酯及其混合物的至少一种单和/或多官能硫醇，组 分b)包含选自降冰片烯、乙烯基醚、丙烯基化合物、烯烃、乙烯基酯、N-乙烯基酰胺、烯丙基 醚、烯丙基三嗪、烯丙基异氰脲酸酯、丙烯酸酯、不饱和酯、N-取代的马来酰亚胺、丙烯腈、甲 基丙烯酸酯、苯乙烯、共轭二烯及其混合物的至少一种单和/或多官能烯，硫醇基与烯基之 摩尔比为1 0. 1-1 100。
11.一种批料形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其中所述组分a) 包含选自巯基丙酸酯、巯基乙酸酯及其混合物的至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包 含选自降冰片烯、乙烯基醚、丙烯基化合物、烯烃、乙烯基酯、N-乙烯基酰胺、烯丙基醚、烯丙 基三嗪、烯丙基异氰脲酸酯、丙烯酸酯、不饱和酯、N-取代的马来酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯 酸酯、苯乙烯、共轭二烯及其混合物的至少一种单和/或多官能烯，硫醇基与烯基之摩尔比 为1 0. 1-1 100 ；所述组分a)和b)彼此分开。
12.根据权利要求11的组合物，其特征在于所述组分a)和b)中的至少一种包含染料、 微粉化颜料和/或颜料。
13.根据权利要求11或12的组合物，其特征在于所述组分a)和b)中的至少一种可包 含选自引发剂、阻聚剂和其他添加剂的添加剂。
14.根据权利要求13的组合物，其特征在于硫醇基与烯基之摩尔比为1 0.9-1 10。
全文摘要
本发明涉及一种混合物形式的组合物，所述组合物包含至少两种组分a)和b)，其中组分a)包含至少一种单和/或多官能硫醇，组分b)包含至少一种单和/或多官能烯，其中所述硫醇基团与烯基团之间的摩尔比为1∶0.1-1∶100。本发明还涉及一种浸渍过的木材元件，所述浸渍过的木材元件是可通过用根据本发明的组合物或根据本发明的批料形式(多组分)的组合物组分的混合物浸渍木材元件并其后固化所述组合物或混合物获得的。本发明还涉及浸渍木材元件的方法。
文档编号B27K3/02GK101987472SQ20091015905
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者克里斯蒂安·洛-格里姆斯高, 埃里克·斯约贝格, 奥韦·林德斯特伦, 斯文·格特 申请人:卡利格纳姆技术公司