木材加工用油性組合物及其應用的制作方法

專利名稱：木材加工用油性組合物及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油性組合物，更具體地，涉及一種用于木材加工的油性組合物。本 發明還涉及這種油性組合物在木材加工中的應用。
背景技術：
在過去的木質家具制造過程中，工匠們手工對木質家具進行切削(如雕刻)，從而 形成具有不同尺寸以及不同花紋的木質家具。初期雕刻品通常為簡單的幾何形狀。隨著雕 刻工具的改進，雕刻品變得越來越有美感，通常具有一些自然界中常見的簡單元素(比如 花朵、樹葉、蔓藤等等)的線條。木材雕刻可以通過手工雕刻方式或者通過機器雕刻方式來進行。手工雕刻是家具 加工中最為精細的一項工作，通過雕刻突出木材的紋理并且通過雕刻使拐角自然過渡同時 表現出圖案。但手工雕刻的工匠們每次只能對一片材料進行雕刻。機器雕刻適于大生產， 其采用機器通過刻針在刻板上的移動可以同時對許多片材料進行雕刻，但雕刻的結果通常 是粗糙且不精細。不論是手工雕刻還是機器雕刻通常都會產生大量熱量，這些熱量可能會燒焦木 材，產生灼痕。而灼痕僅僅通過手工打磨極難除去。因此，雕刻工人通常采用工廠中易得到 的機器液壓油(主要由飽和礦物油組成)或者各種聚烯烴基油作為冷卻劑來防止灼痕的生 成。使用這種液壓油或基油雖然解決了灼痕的問題，但同時也帶來的其它副作用。例 如當應用過量液壓油時，液壓油不能固化而會被木材吸收。隨后(通常在完成雕刻加工幾 個小時或幾天或更長的時間之后)，當在雕刻的木材上涂敷涂裝層(例如硝基纖維素涂層) 時，包含在木材中的過量液壓油會與硝基纖維素涂層產生相容性的問題，從而出現白色斑 點(也被稱為“發白”)。為了除去這種白斑，需要對木材重新進行處理，這無疑增加了生產 成本和生產時間。另外，過量的液壓油還會軟化涂裝層(例如硝基纖維素涂層)，從而導致 涂層與木質材料之間的粘附問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種木材加工用油性組合物，其不存在上述的使用機器液壓 油或者各種聚烯烴基油作為冷卻劑時存在的問題。因此，本發明提供了一種木材加工用油性組合物，相對于所述油性組合物的總重， 包含a) 20-80重量％的碘值為至少100的不飽和脂肪油；b) 20-80重量％的被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；c) 0-30重量％的非反應性稀釋劑；和d) 0-2重量％的干燥劑。本發明還提供了一種于制造木質家具的方法，所述方法包括將根據本發明的油性組合物涂敷到木質基材上；采用所述油性組合物作為冷卻劑對所述木質基材進行雕刻。本發明人驚訝地發現，在作為冷卻劑施用到木材基材上之后(即，通常在完成雕 刻加工幾個小時或幾天或更長的時間之后)，具有> 100的碘值的不飽和脂肪油中的烯屬 不飽和鍵會發生氧化交聯從而逐漸干燥。因此，即使過量的不飽和脂肪油殘留在木材中，也 不會與其上涂敷的涂層(例如硝基纖維素涂層)產生相容性問題，因而不會產生發白的問 題。而且，由于本發明油性組合物中的不飽和脂肪油在施用之后會發生氧化交聯從而干燥， 因而即使過量的不飽和脂肪油殘留在木材中，也不會軟化涂敷在其上的涂層(例如硝基纖 維素涂層)。另一方面，該不飽和脂肪油會與隨后在其上涂敷的例如硝基纖維素涂層之類的 涂層形成化學和/或物理作用，因而這種不飽和脂肪油與硝基纖維素涂層二者之間的相容 性得以改善，進而硝基纖維素涂層與木材基材之間的粘附性也獲得了提高。另外，本發明人驚訝地發現，當被不飽和脂肪油改性的低聚物與不飽和脂肪油組 合用在木材加工中作為冷卻劑時，由于所述低聚物中的不飽和官能團可以與不飽和脂肪 油組分發生反應，因而快速提高了不飽和脂肪油分子量，從而使不飽和脂肪油的氧化交聯 (即干燥)加快。
具體實施例方式本發明提供了一種油性組合物，所述組合物包含a)碘值為至少100的不飽和脂 肪油；b)被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；以及c)可選的非反應性稀釋 劑；和d)可選的干燥劑。本文使用的術語“碘值”表示有機化合物(諸如不飽和脂肪酸和脂肪油)的不飽 和程度的一種指標，也是表示有機化合物氧化干燥速率的重要參數，其具體指IOOg有機物 質中所能吸收(加成)碘的克數。本領域普通技術人員根據DIN 53 241采用Wi js試劑進行碘值的測定，具體測試 過程如下將待測樣品溶于溶劑中，再加入上述Wijs試劑，保持在20-25°C的溫度下30-60 分鐘，然后加入碘化鉀溶液和水，用硫代硫酸鈉滴定，以淀粉溶液為指示劑，從而計算出碘 值。化合物的不飽和程度愈大，碘值愈高。術語“不飽和脂肪油”在本文中被理解為具有烯屬不飽和鍵的脂肪油。碘值為至 少100的不飽和脂肪油在本文中被理解為100克不飽和脂肪油能與至少100克的碘發生加 成反應。碘值為100-130的不飽和脂肪油通常被稱為半干性油，碘值> 130的不飽和脂肪 油通常被稱為干性油。具有> 100的碘值的不飽和脂肪油能夠通過氧化交聯發生干燥成膜，其干燥時間 取決于不飽和脂肪油碘值，通常需要幾小時甚至幾天。優選地，在本發明的實施方式中，不 飽和脂肪油的碘值至少為100，更優選為110，更優選為115、還要更優選為120，甚至更優選 為130、140、150、160、170、180或更高。根據本發明，不飽和脂肪油的碘值的上限不是關鍵 的，將僅僅取決于具有該上限碘值的不飽和脂肪油本身的可得性。考慮到不飽和脂肪油的 來源和可得性，在本發明的優選實施方式中，不飽和脂肪油的碘值至多為250，優選至多為 對0，更優選至多為230，甚至更優選至多為220，最優選至多為200。并未受縛于任何理論，在施用到木材基材上(即進行雕刻)至少幾小時乃至數天 后，，具有> 100的碘值的不飽和脂肪油中的烯屬不飽和鍵會發生氧化交聯從而逐漸干燥。因此，即使過量的不飽和脂肪油殘留在木材中，也不會與其上涂敷的涂裝層(例如硝基纖 維素涂層)產生相容性問題，因而不會產生發白的問題。而且，由于本發明油性組合物中的 不飽和脂肪油在施用之后會發生氧化交聯從而干燥，因而即使過量的不飽和脂肪油殘留在 木材中，也不會軟化涂敷在其上的涂裝層(例如硝基纖維素涂層)。另一方面，該不飽和脂 肪油會與隨后在其上涂敷的例如硝基纖維素涂層之類的涂裝層形成化學和/或物理作用， 因而這種不飽和脂肪油與硝基纖維素涂層二者之間的相容性得以改善，進而硝基纖維素涂 層與木材基材之間的粘附性也獲得了提高。在本發明的實施方式中，所述不飽和脂肪油的實例可以是合成脂肪油、植物油及其組合。在本發明的優選實施方式中，所述合成脂肪油可以是由具有16-22個碳原子的 不飽和脂肪酸與甘油采用常規工藝合成得到的酯。所述不飽和脂肪酸可以選自由亞油酸 (C18)、亞麻酸(C18)、花生四烯酸(C20)、桐油酸(C18)及其組合組成的組。在本發明的另一實施方式中，所述植物油可以選自由亞麻子油、罌粟子油、桐油、 脫水蓖麻油、紅花油、向日葵油、大豆油、奧蒂樹油、紫蘇油、胡桃油及其組合組成的組。在本發明的優選實施方式中，不飽和脂肪油的實例為亞麻子油(Alkali Refined Linseed Oil，得自 Alberdingk Boley)，碘值根據 DIN53241 測定為 175。在本發明的優選實施方式中，油性組合物可以包含相對于所述油性組合物的總重 為20重量％至80重量％的不飽和脂肪油。具體地，油性組合物可以包含相對于所述油性 組合物的總重為20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重 量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或80重量％的不飽和脂肪油。術語“被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物”在本文中被理解為被碘 值為至少100的不飽和脂肪油改性的任意低聚物，其可以是被不飽和脂肪油改性的聚氨酯 樹脂、被不飽和脂肪油改性的聚酯、被不飽和脂肪油改性的環氧、被不飽和脂肪油改性的聚 丙烯酸酯以及本領域普通技術人員已知可被不飽和脂肪油改性的其它低聚物。在本發明中，可以用作對低聚物進行改性的碘值為至少100的不飽和脂肪油如前 所述。在根據本發明的油性組合物中，用于改性低聚物的所述不飽和脂肪油與用作單獨的 組分a)的不飽和脂肪油組分可以是相同的也可以是不同的。其實例包括，但不限于，大豆 油、亞麻子油、桐油、脫水蓖麻油、棉籽油、罌粟子油、紅花油、向日葵油、奧蒂樹油、紫蘇油或 胡桃油。并未受縛于任何理論，被不飽和脂肪油改性的低聚物中所含不飽和脂肪油的烯屬 不飽和基團可以與不飽和脂肪油組分發生反應，這使分子量相對較低的不飽和脂肪油組分 的分子量迅速提高，從而加快不飽和脂肪油組分的干燥速度。根據被不飽和脂肪油改性的 低聚物在本發明的油性組合物中所起的作用，這種被不飽和脂肪油改性的低聚物也可被稱 為“擴鏈劑”。因此，不飽和脂肪油在被不飽和脂肪油改性的低聚物中的含量根據低聚物的種類 和分子量、不飽和脂肪油的種類、應用要求(包括干燥速度和粘度等)和可得性等可以在 很寬的范圍內變化。在本發明的優選實施方式中，不飽和脂肪油在被不飽和脂肪油改性的 低聚物中的含量相對于所述低聚物的總重可以在10-40重量％的范圍內，優選在15-35重 量％的范圍內，更優選在20-30重量％的范圍內。當被不飽和脂肪油改性的低聚物中的不飽和脂肪油含量處于上述優選范圍時，本發明的油性組合物的操作性能(干燥時間)最佳。 不飽和脂肪油在被不飽和脂肪油改性的低聚物中的含量可以采用本領域普通技術人員已 知的測定技術進行測定。在本發明的優選實施方式中，被不飽和脂肪油改性的低聚物例如為被不飽和脂肪 油改性的聚氨酯樹脂。在本發明的更優選實施方式中，被不飽和脂肪油改性的低聚物為來 自DAILY Polymer Corp的DAIKYD A1522-55 (被大豆油改性的聚氨酯)，其中大豆油的 碘值為120-139。當使用硝基纖維素涂層作為涂裝層時，被不飽和脂肪油改性的聚氨酯樹脂 是尤其優選的，因為其可以與硝基纖維素涂層發生化學和/或物理作用，從而提高相容性。此外，木質家具制造領域中常用的各種涂裝層都可適于進一步涂覆在采用本發明 的油性組合物作為冷卻劑進行了雕刻的木材基材上，所述涂裝層諸如為硝基纖維素涂層、 聚氨酯涂層、環氧樹脂涂層以及本領域普通技術人員已知的各種涂裝層。另外，根據將在經 雕刻的木材基材上涂敷的涂裝層的種類，也可以考慮被不飽和脂肪油改性的低聚物和涂裝 層之間的化學和/或物理作用，來選擇被不飽和脂肪油改性的聚酯、被不飽和脂肪油改性 的環氧、被不飽和脂肪油改性的聚丙烯酸酯或本領域普通技術人員已知的可被不飽和脂肪 油改性的其它低聚物。這些被不飽和脂肪油改性的低聚物通常可以通過商購獲得，也可以 通過已知的常規方法單獨制備。在本發明的優選實施方式中，油性組合物可以包含相對于所述油性組合物的總重 為20重量％至80重量％的被不飽和脂肪油改性的低聚物。具體地，油性組合物可以包含 相對于所述油性組合物的總重為20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％或80重量％的被 不飽和脂肪油改性的低聚物。術語“非反應性稀釋劑”在本文中指在油性組合物中主要起到稀釋作用的溶劑，其 在油性組合物中是化學惰性的。在本發明的實施方式中，非反應性稀釋劑包括本領域普通技術人員所熟知的芳族 烴類和酯類。代表性的實例可以包括二甲苯、甲苯、異丁醇、甲基異丁基甲酮(MIBK)、石腦油 (naphtha)、丁二醇單乙醚(butylcellosolve)、乙二醇丁醚乙酸酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、石 油溶劑、松節油及其混合物。在本發明的優選實施方式中，采用石油溶劑作為非反應性稀釋劑。在本發明的優選實施方式中，油性組合物可以包含相對于所述油性組合物的總重 為0重量％至30重量％的非反應性稀釋劑。具體地，油性組合物可以包含相對于所述油性 組合物的總重為0重量％、5重量％、10重量％、15重量％、17重量％、19. 5重量％、20重 量％、25重量％或30重量％的非反應性稀釋劑。術語“干燥劑”在本文中被理解為進一步提高包含在上述不飽和脂肪油和上述低 聚物中的烯屬不飽和基團的氧化交聯的速度，從而縮短干燥時間的物質，也被稱為“催化 劑”。在本發明的實施方式中，干燥劑選自由環烷酸鉛、亞油酸鉛、樹脂酸鉛、環烷酸鈷、 亞油酸鈷、樹脂酸鈷、環烷酸錳、亞油酸錳、樹脂酸錳、環烷酸鐵、亞油酸鐵、樹脂酸鐵、環烷 酸鋅、亞油酸鋅、樹脂酸鋅、合成脂肪酸鋯及其組合組成的組。在本發明的優選實施方式中，采用來自Troy Corporation的TR0YMARX ZIRCONIUM 6(包含鋯鹽)作為干燥劑。在本發明的另一優選實施方式中，采用來自APS Polymer & Additives 的 TEXIDRIMANGANESES 10% WD(包含猛鹽)作為干燥劑。在本發 明的另一優選實施方式中，采用來自APS Polymer & Additives&TEXIDRI Cobalt 10% SUPERC0(包含鈷鹽)作為干燥劑。在本發明的優選實施方式中，油性組合物可以包含相對于所述油性組合物的總重 為0重量％至2重量％的干燥劑。具體地，油性組合物可以包含相對于所述油性組合物的 總重為0重量％、0. 2重量％、0. 3重量％、0. 4重量％、0. 5重量％、0. 6重量％、0. 8重量％、 1. 0重量％、1. 2重量％、1. 4重量％、1. 6重量％、1. 8重量％或2. 0重量％的干燥劑。根據本發明的油性組合物還可以根據需要包含一種或多種常規添加劑。具有代表 性的常規添加劑包括表面活性劑、抗氧化劑、抗菌劑、防腐劑以及其它任何適用的常規添加 劑。這些常規添加劑的用途和用量對本領域普通技術人員來說是已知的。本發明的油性組合物的制備可以采用本領域普通技術人員所熟知的組合物的制 備方法來進行。例如可以采用容器可換式攪拌器、輥式攪拌機以及本領域普通技術人員已 知適用于混合組合物的任何其它涂料混合裝置將油性組合物中的各個組分同時進行混合 從而形成油性組合物，或者先將低聚物與非反應性稀釋劑均勻混合，再添加不飽和脂肪油 從而形成油性組合物。在本發明的優選實施方式中，木材加工用油性組合物，相對于所述油性組合物的 總重，包含a) 20-80重量％的碘值為至少100的不飽和脂肪油；b) 20-80重量％的被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；c) 0-30重量％的非反應性稀釋劑；和d) 0-2重量％的干燥劑。在本發明的更優選實施方式中，木材加工用油性組合物，相對于所述油性組合物 的總重，包含a) 30-50重量％的碘值為至少100的不飽和脂肪油；b) 30-50重量％的碘值為至少100的油改性低聚物；c) 15-25重量％的非反應性稀釋劑；和d)0. 2_1.5重量％的干燥劑。本發明還提供了一種用于制造木質家具的方法，所述方法包括將上述根據本發 明的油性組合物涂敷到木質基材上；采用所述油性組合物作為冷卻劑對所述木質基材進行 雕刻。在本發明的優選實施方式中，可以采用手工雕刻或者機器雕刻方式對木質基材實 施雕刻加工。在本發明的優選實施方式中，在將本發明的油性組合物涂敷到木質基材上(即根 據設計進行雕刻)至少幾小時乃至數天后，再涂敷涂裝層，而不會出現相容性以及粘附性 等問題。通過以下實施例對本發明進行進一步闡述，但本發明并不局限于此。除非另有聲 明，所有百分率以重量計。實施例
原料列表
權利要求
1.一種木材加工用油性組合物，相對于所述油性組合物的總重，包含a)20-80重量％的碘值為至少100的不飽和脂肪油；b)20-80重量％的被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；c)0-30重量％的非反應性稀釋劑；和d)0-2重量％的干燥劑。
2.如權利要求1所述的油性組合物，相對于所述油性組合物的總重，包含a)30-50重量％的所述碘值為至少100的不飽和脂肪油；b)30-50重量％的所述被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；c)15-25重量％的所述非反應性稀釋劑；和d)0.2-1. 5重量％的所述干燥劑。
3.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述不飽和脂肪油的碘值為至少115。
4.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述不飽和脂肪油選自由合成脂肪油、 植物油及其組合組成的組。
5.如權利要求4所述的油性組合物，其中，所述合成脂肪油是由具有16-22個碳原子的 不飽和脂肪酸與甘油合成得到的酯。
6.如權利要求5所述的油性組合物，其中，所述不飽和脂肪酸選自由亞油酸、亞麻酸、 花生四烯酸、桐油酸及其組合組成的組。
7.如權利要求4所述的油性組合物，其中，所述植物油選自由亞麻子油、罌粟子油、桐 油、脫水蓖麻油、棉籽油、紅花油、向日葵油、大豆油、奧蒂樹油、紫蘇油、胡桃油及其組合組 成的組。
8.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述被不飽和脂肪油改性的低聚物選自 由被不飽和脂肪油改性的聚氨酯樹脂、被不飽和脂肪油改性的聚酯、被不飽和脂肪油改性 的環氧、被不飽和脂肪油改性的聚丙烯酸酯及其組合組成的組。
9.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述非反應性稀釋劑選自由二甲苯、甲 苯、異丁醇、甲基異丁基甲酮、石腦油、丁二醇單乙醚、乙二醇丁醚乙酸酯、乙酸丁酯、乙酸乙 酯、石油溶劑和松節油組成的組。
10.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述干燥劑選自由環烷酸鉛、亞油酸 鉛、樹脂酸鉛、環烷酸鈷、亞油酸鈷、樹脂酸鈷、環烷酸錳、亞油酸錳、樹脂酸錳、環烷酸鐵、亞 油酸鐵、樹脂酸鐵、環烷酸鋅、亞油酸鋅、樹脂酸鋅、合成脂肪酸鋯及其組合組成的組。
11.如權利要求1或2所述的油性組合物，其中，所述不飽和脂肪油的碘值為至少130。
12.一種用于制造木質家具的方法，所述方法包括將權利要求1-11中任意一項所述的油性組合物涂敷到木質基材上；采用所述油性組合物作為冷卻劑對所述木質基材進行雕刻。
全文摘要
本發明涉及一種木材加工用油性組合物及其應用，所述木材加工用油性組合物相對于所述油性組合物的總重，包含a)20-80重量％的碘值為至少100的不飽和脂肪油；b)20-80重量％的被碘值為至少100的不飽和脂肪油改性的低聚物；c)0-30重量％的非反應性稀釋劑；和d)0-2重量％的干燥劑。本發明進一步涉及一種用于制造木質家具的方法，所述方法包括將根據本發明的油性組合物涂敷到木質基材上；采用所述油性組合物作為冷卻劑對所述木質基材進行雕刻。
文檔編號C09K5/18GK102040952SQ20091017576
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者段剛, 紀連興 申請人:東莞麗利涂料有限公司