專利名稱：用于木材的浸漬劑和其制備和應用的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于木材的浸漬劑以及其制備和應用的方法，特別是浸漬欲進行機械加工的木材如用于所有種類的可削尖的記錄筆、繪畫筆、打印筆和/或繪圖筆的棒形木材(Stifthoelzer)和由此制備的用品。
木材浸漬劑以及其用于浸漬的方法基本上是已知的。所以，在DE-OS 4313219A1的1.中提出一種浸漬木材的方法，其中通過使用聚硅氧烷首先得到拒水性能。
由于毒物學上的問題，這種方法已不適用于處理棒形木材。在EP-PS0393306B1的2.中提出的方法也如此。
EP-PS0510435B3.描述了一種浸漬的方法，其以重煤焦油混合物為出發點。必須通過溫度首先調節該浸漬劑到合適的粘度。
類似地，它同樣適合在DE-PS4224510C1的4.中描述的方法。
在所有已知的浸漬劑中，特別涉及到改進的耐氣候穩定性和抗霉菌性。而無出版物公開特別是對欲進行機械處理的木材特別是棒形木材的處理，更別說改善它們的機械可加工性。
在EP0596295A1的5中提出了一種將木材染黑的染色劑。該染色劑雖然涉及到棒形木材，但是這里首先要合乎所要求的色澤。
同樣EP-PS0553407B6.已經提出了一種用于木材染色的酸性偶氮染料，是在合適的混合物中進行染色，如使那些已知的色彩變成黑色。該染色劑是以改善滲透性為出發點的，其中這種效果只不過是通過使用表面活性劑即所謂的潤濕劑使表面張力降低而實現的。
如果浸漬大尺寸的木材，例如那些要求浸漬深度大于5毫米的木材，那么只降低表面張力是不夠的。此外，對于其他種類的木材僅通過不經濟的浸漬時間來獲得有效作用。此外，對于高功率的機械和工具，石蠟分散的結果是不能提供足夠的滑動和潤滑效果。
EP0695608A7.提出了一種染色劑和一種木材染色的方法，其主要建立在已知的木材染色原理基礎上，且僅僅通過PH值緩沖和絡合不希望的離子來防止染臟。如在評價EP0596295A5.已提到，所要求的改善的滲透能力在較高的浸漬深度下是沒有作用的。由于使用了PH值大于7的緩沖物質并使用了絡合劑，所有離子化合物的直染性都失效了。這里，僅僅是在小尺寸木材的情況下和在本來已經稍微加工的木材如Inscense-香柏和節路頓膠下看到可加工性能的改進。
DE-PS3911091C8.描述了一種含水的浸漬溶液，它除了無機鹽如硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽和/或磷酸鹽外還有蠟以及胺。其目的在于使木材中所含的酸以及甲醛化合，以便在作為包裝材料使用時不會造成被包裝物品的腐蝕。此外力求疏水化。但是，該方法不能改進可加工性。
與此相反，本發明的目的是獲得一種用于木材的浸漬劑或浸漬分散液和/或-乳液，它們在木材中具有深的浸漬深度并能夠改善木材的機械加工性能，例如在高速轉動的機械中不會產生灼傷點和表面不會呈纖維狀。
此外，以此方式既不降低木材的可膠合性，又不影響可上漆性。在浸漬后，很難加工和不易于削尖的木材應具有上文描述的優點。
本發明的目的還在于一種浸漬劑和/或浸漬乳液的用途，其可以深度地浸入幾乎所有種類的木材中，并且賦予木材良好的可加工性能和可削尖性。
因此，本發明的目的是一種浸漬劑和/或一種浸漬乳液的用途，其可以深度地浸入幾乎所有種類的木材中，并且賦予木材和由此制備的物品良好的可加工性能和可削尖性。
該目的是借助于所要求的浸漬劑和方法實現的，特別是通過這種途徑來實現的，即浸漬劑是一種陽離子、季式、兩性或尤其是非離子表面活性劑的乳液、分散液或溶液，優選含水的。
眾所周知，來自該組的表面活性劑具有高的傾向性，即浸漬負電荷表面、特別是茸毛和紡織纖維，使它們變得可梳理和柔軟。目前，已經發現，這種表面活性劑對木材的纖維素和半纖維素具有非常大的親和力，并且能在這里聚集。就這點而言是令人吃驚的，原因是纖維素和半纖維素都不是可自由進入的，完全相反，它們牢固地結合在木材基體中。此外，同樣認為上述表面活性劑對木材的胞間層木質素具有增塑作用。表面活性劑在木材纖維上、在Zellumina中以及在孔和空腔中的大量存在可以在纖維剛度均勻減少時保證足夠的刀具潤滑性。這種協同作用導致，例如在高速的刨削過程中不會從復合體中溶出纖維和/或扯出纖維，因此產生光滑的表面。
在優選的實施方案中，為了浸漬棒形木材，首先使用陽性、季式、兩性或尤其是非離子表面活性劑，這種表面活性劑具有微弱的水溶性。
因此可以保證，對未涂漆的棒形木材，該物質不會通過手汗和/或通過唾液而被浸濾。
為了提高滲透能力，由微溶于水或不溶于水的物質制備乳液和/或分散液。特別地，這種乳液和/或分散液的特征在于，在分散相中顆粒和/或液滴的平均直徑小于1.0微米。一般，顆粒和/或液滴的平均直徑為0.4～1.2微米、優選0.6～0.95微米的乳液和/或分散液也是可以使用的。
在浸漬特別是濕度為80重量％和更高的潮濕的和/或切削的木材時，令人驚奇地表現出，在使用上述細分散體系時，滲透特別快。同樣令人驚奇的是，因為這里必須使水和/或液汁與浸漬液之間進行交換。沒有將該過程與一定的理論相結合，就可以認為直徑小于1.0微米的細分散體系的顆粒和/或流動部分具有特別高的分散傾向。因此，通過滲透過程促進了所產生的對流式的物質交換。
采用較高的溫度可以促進該過程。在附加采用較高的壓力下，具有相同的結果。
分散體系的表征是交換表面的大小以及臨界層的厚度。單位相臨界面與顆粒直徑為雙曲線關系。在上述顆粒尺寸小于1微米的分散體系下，單位相交換面積約是10,000,000平方米/立方米。
此外，發現小于1微米的細分散體系基于其流動能力具有突出的儲存穩定性并避免了沉淀和沉降。顆粒的運動沖量與其直徑的三次方成比例。對于顆粒小于1微米的，在靜止的介質中僅僅是“碰到的機會”增多而沒有顆粒之間的碰撞。這避免了聚集和因此避免了顆粒的凝結。
經過幾個月該乳液和/或分散液是穩定的。僅限制或防止顆粒運動的影響如凍結對細分散相破壞起到了作用。
細分散體系的制備優選地在按照高壓膨脹原理運轉的乳化設備中進行。因此，在高壓下通過噴嘴壓出初始乳液。在均化閥中形成較高功率密度的氣蝕區，其中在產生較大的局部拉應力、壓應力和剪應力的條件下，懸浮的顆粒和液滴被破壞和/或被分裂。對制備該乳液沒有特別的要求。其可以通過攪拌或通過轉子/定子體系來制備。
陽性和/或季式化合物是選自咪唑、芐類、烷類、二烷類、單烷基-三甲基類、二烷基-二甲基類、甲基-二烷氧基-烷基類、二烷基-甲基-芐基類、二酰胺基胺以及絡合的雙季式化合物中。但是那些在酸性介質中呈現出陽性特征的化合物也是適用的。也可以是非離子化合物，只要它們可以在雜原子上被質子化。這適合于脂肪族氨基氧化物、乙氧化胺以及氧化乙烯的加成物。兩性化合物包括甜菜堿和兩性電解質。
已知在浸漬時，根據其解剖學結構、也就是說根據其木材結構和是否涉及到心材或邊材，木材吸收達200重量％的浸漬溶液。根據經驗所必須的干燥是費時的而且需要非常嚴格地控制生產過程，只有這樣才能防止廢品。對此，原因是多方面的。然而最主要的原因是在未控制脫水時由于尺寸劇烈變化產生的變形、剝離和干裂。
由于水的滲入和/或在干燥開始時存在的木材高濕度，造成特別是在高溫下瞬時塑性變形的顯著增大。同時，特別是在切向切割木材時產生流體靜應力。當通過木材的孔體系排出游離水時，就產生了流體靜應力。在水/空氣界面上形成的彎液面在水中在界面的后面產生流體靜應力(隨著毛細管半徑的降低該應力升高)；當該應力超過木材的抗壓強度時，其中的細胞受到破壞。大部分的變形在變形的木材冷卻時作為塑性變形。因此，變形基本上由干燥梯度(瞬時木材濕度與干燥氣氛產生的平衡濕度的比例)確定。干燥梯度越高，木材的變形量越大。通過使上述的中間片狀木質素的增塑，細胞壁具有足夠的柔韌性，以便在干燥時緩沖細胞破壞。這種效果肯定需要通過使用不揮發和因此具有某種程度保水性的表面活性劑來維持。也就是說，木材的空間中不僅保存了水，而且不揮發的表面活性劑也保留在其中并穩定該木材。
本發明獲得和使用一種能深地浸入幾乎所有種類的木材中和使木材具有良好的可加工性和可削性的浸漬乳液的目的是通過上述的浸漬劑實現的。
迄今為止，一直是用Inscense香柏木、節路頓膠或白松來制備鉛筆和彩色筆。這種木材的結構和密度使其浸漬相對簡單。這里，含水的石蠟乳液足以確保所要求的加工過程中的運轉速度和可削性。上述種類的棒形木材一直是非常昂貴和罕見的，而且首先要選擇可以一直快速運轉的棒形木材制備機器。目前使用的切槽機床和刨床以顯著高于40米/分鐘的速度運轉，所以常規浸漬的木材不再具有所需的平滑性能和潤滑能力。其后果是具有燒痕和粗表面。更不用說，其他木材由于缺乏浸漬性不可能使用。
借助下面的實施例詳細說明本發明I、浸漬劑實施例1在攪拌下將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與65.00重量％的水混合。接著在加壓下在高壓均化器中分散該混合物。在這種情況下，通過閥擠壓液體并消除應力。分散液的平均顆粒尺寸是0.9微米，并可以隨意稀釋。
實施例2在攪拌下將38.00重量％的烷基二甲基芐基氯化銨與62.00重量％的水混合。按照實施例1分散該混合物。分散液的平均顆粒尺寸是0.85微米。這種乳液具有殺霉菌和殺菌的作用。還表明它不僅是一種抗微生物感染的穩定浸漬染液，而且使用它處理的木材除改進的可加工性能外還具有長期儲存性。特別是該木材具有抗藍色霉斑性。
實施例3借助于攪拌器，使40.00重量％的二硬脂酰二甲基氯化銨預分散在60.00重量％的水中。按照實施例1分散該預分散液。分散液的平均顆粒尺寸是0.85微米，并可以隨意用水稀釋。
實施例4借助于攪拌器，使35.00重量％的硬脂乙氧化胺與5摩爾的環氧乙烷溶液預分散在熱水中，并用酸將其調整到酸性pH值。對此，可以使用任何一種酸。正磷酸由于其耐腐蝕性和其允許作為食品添加劑是優選的。在350巴下，按照實施例1分散該預分散液。分散液的平均顆粒尺寸是0.95微米。
當然，根據需要，浸漬染液是可以被染色的，以便使欲浸漬的木材具有所需要的顏色。特別是在特種木材的后處理時，為了突出紋理、遮掩木材的缺陷和產生最佳的效果需要進行上述染色。
眾所周知，適合這里使用的染料例如是在EP0553407B6和/或EP0596295A5.中提出的染料。然而這些染料在生理學上不總是無異議的和大多數具有中等的耐光牢度。在本發明的范圍中已經發現，如果顏料具有可比較的或較小顆粒尺寸的分散相并且關于其潤濕劑體系其可以與陽離子體系配合使用，那么在上述條件下該顏料同樣可以浸入木材中。這種特別細顆粒的顏料作為含水的顏料制劑是市場上可得到的。
實施例5借助于攪拌器，使32重量％的二硬脂酰二甲基氯化銨預分散在67.2重量％的水中。使用0.8重量％的由平均顆粒尺寸為0.071微米的Pigment Brown25，CI12510制成的20％的含水制劑使該預分散液染色。按照實施例1分散該預分散液。分散液的平均顆粒尺寸是0.85微米，并可以隨意用水稀釋到使用濃度。
II、應用實施例實施例6在直徑為1600厘米和長度為8000厘米的圓柱形不銹鋼容器中放入規格是20.0mm×80.0mm×2000mm和濕度為15.0重量％的白松木板，并且確保該木板不能漂浮。之后該容器連同內含物一起抽真空，并在90％的真空下保持15分鐘。8000升根據實施例1制備的并稀釋至8.0重量％活性物質的浸漬染液只好在破壞真空的條件下被吸入該容器中。
這時存在于液體水平面之下的木材借助于12.0巴的壓力進行進氣沖擊，并持續120分鐘。在此期間通過泵補充用盡的那部分浸漬染液。接著壓縮和/或泵送來自于該容器的浸漬液體。通過進行約10分鐘的再真空化，可以防止浸漬液體的滴落。該木板完全被浸漬染液浸透和可以以常規方式干燥。
在干燥之后，木板的活性含量平均是6.5重量％，并將木板鋸成規格是73×5×185mm的小木板。
該木板具有足夠的加工運行速度和可削性。
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靜電性能，鋸屑和刨花的運輸是無異議的。
實施例7在應用實施例1的容器中放入8立方米新切割的規格為20.0×80.0×2000mm和含水量平均為80重量％的白楊木板，并且確保該木板不能漂浮。將根據實施例1制備的并稀釋至12.0重量％活性物質的浸漬染液泵送至該容器中，并用14巴的液體壓力進氣沖擊。并在該壓力下保持240分鐘，同時在此期間循環該浸漬液體。這種循環是必要的，因為在這種情況下木材汁與浸漬劑進行交換和因此造成局部濃度不同。
接著泵送來自該容器的浸漬染液和進行10分鐘的再真空化，以便防止滴液。該木板完全被浸漬染液浸透和可以以常規方式干燥。在干燥之后，木板的活性含量平均是6.0重量％，并將木板鋸成規格是73×5×185mm的小木板。
實施例8在應用實施例1的容器中放入8立方米新切割的規格為20.0×80.0×2000mm和含水量平均為80重量％的白楊木板，并且確保該木板不能漂浮。將根據實施例5制備的并稀釋至12.0重量％活性物質的浸漬染液加熱至85℃，泵送至該容器中并用14巴的液體壓力進氣沖擊。并在該壓力下保持240分鐘，同時在此期間循環該浸漬液體。接著泵送來自該容器的浸漬染液和進行10分鐘的再真空化，以便防止滴液。該木板完全被浸漬染液浸透和可以以常規方式干燥。
在干燥之后，木板的活性含量平均是6.5重量％。此外，它呈紅棕色。
可以將木板鋸成規格是73×5×185mm的小木板。
該木板具有足夠的加工運行速度和可削性。
同樣浸漬劑的抗靜電效果可以改進切屑的運輸和避免煤塵爆炸的危險。
通過加工阻力的減少可以將刀具的壽命提高至使用時間的四倍。
所有的通過這樣浸漬的木板制備的寫字用具、繪畫儀器和繪圖儀器或其他的物品具有很好地進行切削、隨意切割或其他加工，可以滿足對這種物品提出的高要求。它特別是具有好的可涂漆性。
權利要求
1.一種木材浸漬劑，其特征在于，它是一種陽性、季式、兩性或尤其是非離子的表面活性劑乳液或分散液，優選為含水的，還在于，這些表面活性劑是微溶于水的和含有不溶于水的剩余量，還在于，表面活性劑中作為分散相保留的不溶于水的剩余量的平均顆粒-或液滴直徑小于1微米。
2.根據權利要求1的浸漬劑，其特征在于，陽性和/或季式的表面活性劑或化合物選自咪唑、芐基類、烷基類、二烷基類、單烷基-三甲基類、二烷基-二甲基類、甲基-二烷氧基-烷基類、二烷基-甲基-芐基類、二酰胺基胺中。
3.根據權利要求1或2的浸漬劑，其特征在于，陽性和/或季式的表面活性劑或化合物選自絡合的雙季式化合物。
4.根據上述權利要求之一的浸漬劑，其特征在于，表面活性劑或化合物是選自脂肪族氨基氧化物、乙氧化胺和/或環氧乙烷加成物的非離子化合物，它們可以在雜原子上被質子化和因此在酸性介質中呈現出陽性特征。
5.根據上述權利要求之一的浸漬劑，其特征在于，表面活性劑是選自甜菜堿和/或兩性電解質的兩性化合物。
6.根據上述權利要求之一的浸漬劑，其特征在于，它包含35.00重量％的表面活性劑，優選是1-硬脂酸氨基乙基-2硬脂酰3-甲基硫酸甲酯化咪唑啉和65.00重量％的水。
7.根據權利要求1～5之一的浸漬劑，其特征在于，它包含38.00重量％的表面活性劑，優選烷基二甲基芐基氯化銨和62.00重量％的水。
8.根據權利要求1～5之一的浸漬劑，其特征在于，它包含40.00重量％的表面活性劑，優選二硬脂酰二甲基氯化銨和60.00重量％的水。
9.根據權利要求1～5之一浸漬劑，其特征在于，它包含35.00重量％的表面活性劑，優選具有5摩爾環氧乙烷的硬脂乙氧化胺和65重量％的水。
10.根據權利要求1～5之一的浸漬劑，其特征在于，它包含32.00重量％的表面活性劑，優選二硬脂酰二甲基氯化銨，67.2重量％水和0.8重量％的平均顆粒尺寸小于0.1微米的20％的含水顏料制劑。
11.制備上述權利要求之一的浸漬劑的方法，其特征在于，首先通過攪拌或在轉子/定子體系中由表面活性劑和水制備初始乳液，在高壓下、在按照高壓膨脹原理運轉的乳化設備中通過噴嘴擠壓該初始乳液，然后在均勻閥中形成較高功率密度的氣蝕區，其中在產生較大的局部拉應力、壓應力和剪應力的條件下，懸浮的顆粒液滴被破壞和/或被分裂。
12.根據上述權利要求之一的浸漬劑的用途，用于浸漬木材，其中首先在不銹鋼容器中放入欲浸漬的木材，并且確保該木板不能漂浮，之后該容器連同內含物一起抽真空，并在80～95％的真空下保持10～25分鐘，然后在破壞真空的條件下，在該容器中加入稀釋到浸漬劑使用濃度的浸漬染液，將木材保留1～6小時，接著首先從該容器中取出浸漬溶液，然后取出木材。
13.根據權利要求12的用途，其中在使用升高的溫度和/或升壓和/或附加壓力的條件下進行浸漬。
14.根據權利要求12和13之一的浸漬劑的用途，首先在合適的容器中放入新切割的木板，并且確保該木板不能漂浮，然后將浸漬染液泵送入該容器中和使用14巴的液體壓力進氣沖擊，并在該壓力下保持4小時，在此期間循環該浸漬液體，然后從該容器中泵送出該浸漬染液和取出木材。
15.根據權利要求12～14之一的浸漬劑的用途，其中在合適的容器中放入新切割的平均含水量為80重量％的木板，并確保木板不能漂浮，將稀釋至12.0重量％活性含量和加熱至85℃的浸漬劑泵送入該容器中，使用14巴的液體壓力進氣沖擊，在該壓力下保持4小時，在此期間循環浸漬液體，接著從該容器中泵送出浸漬染液，然后再進行抽真空10分鐘。
全文摘要
一種木材浸漬劑,它是一種陽性、季式、兩性或尤其是非離子的表面活性劑乳液或分散液,其中這些表面活性劑是微溶于水的,該分散液或乳液的平均顆粒和液滴直徑小于1微米。在不銹鋼容器中放入欲浸漬的木材,并確保該木板不能漂浮,之后該容器連同內容物一起抽真空,在80～95%的真空下保持10～25分鐘,在破壞真空的條件下在該容器中加入浸漬染液,將木材保留1～6小時。然后先取出浸漬溶液,后取出木材。
文檔編號B27K3/02GK1200320SQ9710839
公開日1998年12月2日 申請日期1997年9月29日 優先權日1996年10月4日
發明者W·漢德 申請人:J·S·斯塔特勒有限公司