在再生木质基材上产生涂层的方法

专利名称：在再生木质基材上产生涂层的方法
技术领域：
本发明涉及生产涂层木质基材的方法，更准确地讲涉及生产其上具有密封剂涂层的再生木质基材的方法。
再生木质基材(RWS)是指由小木块，纤维，薄木片或木片生产的基材，如纤维板，中密纤维板，定向刨花板(也称作华夫板)，碎料纸板，粗纸板和刨花板。这类RWS一般是在加热和加压下由微粒，纤维，薄片或木片构造而成。RWS可按下述方式产生用粘合剂处理颗粒，纤维，木片或薄片，然后在干燥或加湿条件下将这些处理过的颗粒，薄片，木片或纤维排列成板坯形式。然后通过加热和加压将这种板坯压制成紧密基材，一般为板材形式。粘合剂粘合微粒，薄片，木片或纤维并增强RWS的结构强度和牢固性及其防水性。如果需要，RWS可被模压成所需要的板材或提供网纹表面，如木纹网纹。
再生木质基材往往具有粗糙不平表面，有时具有有凹痕的不平表面。为此人们已尝试了多种辅助作业，如粘结纸贴面或涂布多层涂料。然而，这种纸贴面或多层涂层仍然是不平整的。本发明通过提供产生粘附在RWS上的平滑硬涂盖层的方法解决了这些问题。
Goins在美国专利3607341中描述了一种产生胶乳配合物的泡沫，干燥，压碎及处理层的方法。Goins公开了在织物上产生光滑，可挠性压碎泡沫纸坯的方法，该方法通过在织物表面起泡，涂布，干燥，压碎和处理基本上由水，烯键式不饱和单体和水溶性表面活性剂组成的胶乳配合物层，产生具有30至65磅/立方英尺(0.48至1.04克/毫升)密度的纸坯。与这种方法有关的问题之一是所形成的光滑涂(盖)层不适宜作为RWS表面上的涂(盖)层。本发明通过产生粘附于RWS上的平滑硬涂层解决了这个问题。
与RWS有关的另一问题是其表面具有不同程度的吸收能力，据认为这种情形不依赖于其内部而是由RWS表面RWS密度的变化所造成。据认为这种密度变化是在RWS制备过程中形成的，或者是由于RWS生产中所用的木片，颗粒，薄木片或纤维的性质方面一般存在的变化所引起。结果，当用密封涂料涂布时这种RWS往往起疱。本发明方法通过形成粘附于RWS上的无疱平滑硬涂层解决了该问题。
本发明目的在于提供了在再生木质基材表面形成涂层的方法，此方法包括使包含烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗粒和发泡剂的聚合胶乳乳液发泡，其中所述聚合物的Tg在10℃至100℃范围内；在基材表面涂布泡沫聚合胶乳乳液层；干燥上述发泡层成硬化层；压裂上述硬化层；和固化压裂层，在木质基材上形成涂层。
本发明还提供了生产涂层再生木质基材的方法，包括混合粘合剂和木质颗粒，木片，纤维或薄木片，形成木料/粘合剂混合物；在输料表面分散上述木料/粘合剂混合物以形成板坯；将含有烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗粒、发泡剂以及按乳液固含量的重量计0至15％的泡沫稳定剂的聚合胶乳乳液发泡，其中所述聚合物的Tg在10℃至100℃范围内；在板坯表面涂布泡沫聚合胶乳乳液的发泡层；干燥发泡层成硬化层；压裂硬化层；和固化压裂层和板坯，形成涂层再生木质基材。
本发明进一步提供了适合在再生木质基材的表面或边上形平滑硬涂层的聚合胶乳乳液，此乳液包含按乳液固含量的重量计10至60％的烯键式不饱和单体的聚合物的聚合物颗粒，所述聚合物的Tg在10℃至100℃之间；发泡剂以及按乳液固含量的重量计0至15％的泡沫稳定剂，所述稳定剂选自N-十八烷基磺基琥珀酸二钠，N-(1，2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基琥珀酸四钠，琥珀酸钙，磺基琥珀酸钠的二戊酯，磺基琥珀酸钠的二己基酯，磺基琥珀酸钠的二辛酯，氯化二硬脂酰吡啶鎓，N-可可基-β-氨基丙酸及其钠盐。
本发明的目的还在于表面按本发明方法涂层的再生本质基材(RWS)。
本发明的目的还进一步在于RWS表面上的涂层。
按照本发明方法所产生的涂层是平滑和硬化的，并且它们基本上无裂纹，空虚和气孔。可以预料这种平滑硬涂层可以提供网纹或可被施加在成型或模制RWS上。
正如本文所用“表面”包括RWS的任何外露表面，边或嵌入表面。
“聚合胶乳乳液”意指聚合物颗粒的含水胶态分散体。
“乳液固(体)含量”是指聚合物颗粒在干燥状态的重量。
“中密纤维板”是指木素纤维在加热和加压下通过用完全胶态的合成树脂或类似粘合剂粘合而制成的板。这种板被制成具有0.50至0.88的比重。
“定向刨花板(OSB)”是指由木素纤维缕型薄木片有目的按方向排成一行而制成的板，与具有随机薄木片取向的板相比，上述定向排列使得所生成的板更坚固，更不易弯曲并在线向方向上具有改进的尺寸特性。OSB也称作华夫板。
“刨花板”是指由木质微粒在加热和加压条件下通过用完全胶态的合成树脂或类似粘合剂粘结而制成的板。这种板包括常规挤压和板坯制成的刨花板。
“碎料纸板”是指由木质薄片在加热和加压条件下通过用完全胶态的合成树脂或类似粘合剂粘结而制成的板。
“胶合板”是指由相对薄层薄木板与相邻层粗糙面以垂直角度制成的胶合木板或为由薄木板与锯材或RWS的心板结合而制成的面板。
“底基”是指可用作地板的光滑平展RWS，弹性地板套可粘附于其上。
“加入量”(Add-on)是指在每平方米基材表面面积上涂布的聚合胶乳乳液的固相部分的克量(干燥部分)。
“B”级固化是指聚合胶乳乳液的部分固化。
由小木片，薄木片，微粒或纤维制备RWS的基本方法是本专业公知的。一般说来，这种方法见美国专利3098785和4238438中所公开。
本发明第一目的的方法的第一步是在RWS表面上形成涂层，该步包括将具有0.04至0.25，优选0.06至0.15克/毫升泡沫密度的聚合胶乳乳液发泡。泡沫密度通过调节聚合胶乳乳液与非反应性气态泡沫输送介质如空气，氮气，氦气或二氧化碳之比加以控制。其中所述气态泡沫输送介质优选空气。所形成的泡沫聚合胶乳乳液具有25至1200厘泊(CPS)，优选50至800CPS的粘度。粘度通过调节聚合胶乳乳液中所存在的水含量，或通过加入合适的流变调节剂，如Rohm and Haas Company(Philadephia，Pennsylvania)生产的RM—825R流变调节剂加以控制，或同时通过这两种手段加以控制。粘度超过上限1200CPS的上述乳液难以形成泡沫而粘度低于25CPS的上述乳液很难维持为泡沫态。
普通发泡装置，如Textile Rubber and Chemical Co.(Dalton，Georgia)生产的Texacote发泡机是合适的，这是由于这种装置利用空气或气体的搅打作用能产生细小均匀气泡结构的泡沫。适宜的气体包括非活性气体，如二氧化碳和氮气。优选由空气搅打产生的泡沫。发泡步骤优选在室温下进行。
在第一方案的发泡步骤中使用的聚合胶乳乳液包括10％至60％，优选20％至50％且最优选35％至45％聚合物微粒，所有百分比均为重量百分比并以乳液的总重量为基准，聚合物颗粒的颗粒大小在50至500纳米，优选70至250纳米范围内。
聚合物微粒由玻璃化温度(Tg)在10℃至100℃范围内(利用普通差示扫描量热法在平均范围(mid-point range)下测得)，优选在20℃至60℃范围内的胶乳聚合物产生。这种聚合物优选为至少一种烯键式不饱和单体的共聚物，所述单体如丙烯酸酯单体，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸月桂酯，(甲基)丙烯酸异冰片酯，(甲基)丙烯酸棕榈酯，(甲基)丙烯酸十八烷酯，(甲基)丙烯酸羟甲酯，(甲基)丙烯酸羟基乙酯，和(甲基)丙烯酸羟基丙酯；丙烯酰胺或取代的丙烯酰胺；苯乙烯或取代苯乙烯；丁二烯；乙酸乙烯酯或其它乙烯基酯；乙烯单体，如氯乙烯，1，1-二氯乙烯，N-乙烯基吡咯烷酮；氨基单体，如N，N’-二甲基氨基(甲基)丙烯酸酯；以及丙烯腈或甲基丙烯腈。另外可使用按乳液一聚合聚合物的重量计在0.1％至7％重量比范围内的可共聚的烯键式不饱和酸单体，如丙烯酸，甲基丙烯酸，丁烯酸，衣康酸，富马酸，马来酸，衣康酸-甲酯，富马酸-丁酯，马来酸酐，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸，乙烯磺酸钠，和甲基丙烯酸二氧磷基乙酯。
本发明中所用的聚合物当涂布于基材上时可以是基本热塑性或基本不交联的聚合物。如果需要，通过向单体混合物内加入0.01％至5％重量比(按聚合物总量计)的多烯键式不饱和单体可以导致聚合物过早交联或胶凝。典型的多烯键式不饱和单体包括甲基丙烯酸烯丙酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，邻苯二甲酸二烯丙酯，1，4-丁二醇二异丁烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯。然而，重要的是成膜质量实质上不被损害。
由具有10℃至100℃范围Tg的胶乳聚合物产生的密封涂料是坚固的，且在涂布到RWS上的涂层的厚度条件下基本上不回潮。
用于制备这类胶乳聚合物颗粒的聚合方法是本专业公知的。所述聚合物颗粒优选通过乳液聚合制备。
聚合过程一般通过常规游离基引发剂引发，这些引发剂如过氧化氢，过氧化苯甲酰，叔丁(基)过氧化氢，过辛酸叔丁酯，过硫酸铵和过硫酸的碱金属盐，一般使用0.05％至3.0％重量的引发剂(基于所有单体的重量)。
链转移剂如硫醇可以能有效提供10,000至1,000,000GPC重均分子量的量被使用。“GPC重均分子量”是指按照Rohm and HaasCompany(Philadelphia，Pennsylvania)在1976年出版的“The Char-acterization of Polymers”的第一章第4页上所描述的凝胶渗透色谱法(GPC)，利用聚甲基丙烯酸甲酯作标准所测得的重均分子量。
聚合物的颗粒大小由聚合过程中所加的常规表面活性剂的量控制。本专业人员已知通过增加聚合过程中所加入的表面活性剂的量，可以降低聚合物颗粒的直径，而减少表面活性剂的量则可增大聚合物颗粒的直径。常规表面活性剂包括阴离子，非离子乳化剂或它们的混合物。优选阴离子乳化剂。典型的阴离子乳化剂包括碱金属的烷基硫酸盐或烷基硫酸铵，烷基磺酸，脂肪酸，及氧乙烯(化)烷基酚。优选十二烷基硫酸钠。典型的非离子乳化剂包括聚氧乙烯化烷基酚，烷基酚乙氧基化物，聚氧乙烯化直链醇，胺聚乙二醇缩合物，改性聚乙氧基加合物，长链羧酸酯，改性封端烷基芳基醚，以及烷基聚醚醇。
另一方面，聚合物颗粒包括多级胶乳聚合物，这种聚合物具有两种或多种不同几何结构物相，如核/壳体/或核/皮层颗粒，壳体相未完全包裹核的核/壳体颗粒，具有核的相重数和互穿网纹颗粒的核/壳体颗粒。在所有这些情况下，颗粒的大量表面积被至少一种外相占据而胶乳聚合物颗粒的内部被至少一种内相所占据。按颗粒的总重量计，多级聚合物颗粒的外相估量为5％至95％重量比，并且优选比内相更柔软。
多级聚合物颗粒优选通过常规乳液聚合方法来制备，其中在接续制备中在组合物中形成至少两级差别。这种方法通常导致形成至少二种互不相溶聚合物组分，由此导致形成至少两相。多级聚合物颗粒的各级可以包含与上述聚合物颗粒所公开的那些相同的单体，链转移剂，表面活性剂。用于制备这类多级聚合物颗粒的乳液聚合技术是本专业公知的，例如见美国专利4325856，4,654,397和4,814,373所公开的方法。
聚合胶乳乳液进一步包含1至15％，优选5至10％重量(按乳液固含量计)的发泡剂。适宜的发泡剂中的一些包括脂肪酸的碱金属盐，铵盐和胺盐或它们的混合物，脂肪酸如脂族羧酸或脂族羧酸混合物。优选的脂族羧酸的实例包括硬脂酸，牛脂脂肪酸(tallow fattyacids)和油酸。特别优选硬脂酸盐或硬脂酸皂或部分或完全氢化的包含硬脂酸的天然源脂肪酸的盐或皂，如氢化牛脂脂肪酸，氢化妥尔油脂肪酸，氢化豆油脂肪酸，以及氢化桐油酸(hydrogenated tungacids)。较优选的这些酸的水溶性盐或皂为碱金属盐，通常为钠或钾盐，铵盐和胺盐，如链烷醇胺盐，如单-，二-和三乙醇胺盐。最优选硬脂酰铵。
聚合胶乳乳液进一步包含0至15％，优选0.1至15％，较优选5至7％(按乳液固含量的重量计)的泡沫稳定剂。适宜的泡沫稳定剂包括阴离子和非离子表面活性剂，如磺基琥珀酸酯盐，如N-十八烷基磺基琥珀酸二钠，N-(1，2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基琥珀酸四钠，琥珀酸钙，磺基琥珀酸钠的二戊酯，磺基琥珀酸钠的二己酯，磺基琥珀酸钠的二辛酯。另外的泡沫稳定剂包括阳离子或两性表面活性剂，如氯化二硬脂酰吡啶鎓，N-可可基-β-氨基丙酸或其钙盐。优选琥珀酸钙。
如果需要，通过升高胶乳聚合物的Tg而不需在聚合胶乳乳液中加入泡沫稳定剂可能实现泡沫层的泡沫稳定性。如果加到乳液中的发泡剂或稳定剂的量超过乳液重量的15％，则会对所形成的涂层的水敏感性产生不利影响。
聚合胶乳乳液可任选包含0至40％，优选0.5至40％，较优选10至20％重量比(按乳液固含量计)交联剂。合适的交联剂中的一些包括聚异氰酸酯交联剂，如甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯；碳化二亚胺交联剂；环氧树脂，如由双酚A和表氯醇得到的环氧树脂；有机过氧化物，如过氧化苯甲酰；包含乙酰胍胺，苯并胍胺，含脂胍胺(adipoguanamine)，或优选蜜胺的晶核的氨基塑料树脂。一些透宜的氨基塑料树脂包括羟甲基脲，二甲氧基羟甲基脲，丁醇改性聚合脲-甲醛树脂，六甲氧基甲基三聚氰胺，甲基化聚合三聚氰胺甲醛树脂，甘脲(glycouril)和亚乙基脲。优选六甲氧基甲基三聚氰胺。氨基塑料树脂被认为是完全烷基化的，或基本上完全羟甲基化并且接着被醇基本上完全醚化，含有2n-2至2n个烷氧甲基基团，其中n为三嗪环上氨基基团的数量。这种氨基塑料的聚合度优选为1至3。加入到聚合胶乳乳液的交联剂的量依赖于所形成的涂料中所希望的硬化度和交联点密度。已发现聚合胶乳乳液中交联剂的存在能改善所形成的涂料的韧性。然而，并不推荐加入超过40％的交联剂，因为这导致使RWS基材表面上所形成的涂层具有较差的粘附力，起泡和不稳定性。
如果需要，所述聚合胶乳乳液进一步包含0至10％，优选1至5％重量比(按乳液固含量计)湿润剂，如C12至C18伯，仲和叔胺及它们的盐，二胺，聚胺及它们的盐，季铵盐，聚氧乙烯化胺，季化聚氧乙烯化胺或氧化胺。湿润剂的目的是增加底层基材，特别是难以湿润表面如油脂，肮脏或蜡状表面的表面湿润。湿润剂使泡沫层能与底层RWS基材均匀和基本完全的接触。
如果需要，所述聚合胶乳乳液还进一步包含0.1至2％，优选0.2％至0.8％重量比(按乳液固含量计)均化剂。适宜的均化剂包括非离子表面活性剂，如并优选Union Carbide Co.(Charleston，WestVirginia)生产的TRIONRX-405辛基苯氧基聚乙氧基乙醇。均化剂的目的是增大聚合胶乳乳液各组分的均匀和均相分散作用，尤其是为达到着色聚合胶乳乳液的均匀颜色分散。
依据涂料的预期用途，可向聚合胶乳乳液内加入附加组分。这些附加组分包括(但不限于)颜料；颜料增量剂；增塑剂；助溶剂；流变改性剂；填料，如滑石；防腐剂和防冻剂/防融剂。较特别优选的填料为片晶形式的滑石，如见美国专利4,517,228中所述。
本发明第一方法的下一步是利用常规设备或通过挤压在RWS的表面或边上涂布所希望厚度的泡沫胶乳乳液层，常规设备如幕涂机，喷嘴，辊涂机，流涂机，其中挤压特别适用于涂边。利用如刮刀这类常规工具可以将泡沫层调整到所希望的厚度以满足所形成的涂层如密封涂层的预定要求。所希望的泡沫层厚度在0.8mm至10mm之内，优选在2至5mm之间。本发明打算在不只一个RWS面如前面和背面上涂布泡沫层或沿着大体平整的RWS边涂布泡沫层或在起伏状RWS如模压或模制门板的表面涂布泡沫层。本发明进一步打算在连续移动的RWS上或在作为间歇操作部分的预开RWS上涂布泡沫层。
然后通过将泡沫胶乳层的水分含量降低在0至20％(按乳液固含量重量计)范围内将泡沫胶乳层干燥成硬化层。“硬化层”是指本身不会皱缩并且在手指压力下摸上去是坚固的泡沫层。常规干燥方法是合适的，如优选通过在泡沫层上输送干燥热空气或通过将泡沫层通过红外线加热处理类干燥方法。合适的干燥温度和干燥时间依据所用的聚合胶乳乳液和应用层的厚度进行适当调节。合适的干燥温度一般在40℃至180℃之间变化。然而，如果需要，干燥可以在环境温度下进行。对于较高的合适干燥温度，干燥时间被相应缩短，而在较低的合适干燥温度下，干燥时间则相应地被延长。例如，在121℃下泡沫层的干燥时间在6小时至30秒之间变化，优选5至10分钟，或在150℃下干燥时间在2至4分钟之间变化。常规干燥设备，如对流式空气干燥箱或通过红外线加热隧道的运输带均是适宜的。
然后在适于所用聚合胶乳乳液的适当压裂压力下将RWS表面上的干燥硬化泡沫层压裂。可使用常规压裂设备，如气动或液压加压压板，或挤压RWS通过(一对压料辊)一组压料辊或一对平行位置的运输带将干燥硬化泡沫层均匀压裂。适当的压碎压力应足以充分压裂所述硬化泡沫层，一般在0.1至3.5N/mm2范围内，优选在0.14至2.0N/mm2范围内。任选地上述压裂步骤在适于所用聚合胶乳乳液的适当压裂温度下进行。适当的压裂温度一般在24°至287℃，优选150℃至240℃之间变化。如果需要，压裂步骤可以在冷冻条件下进行，例如，通过将干燥硬化层曝露于液态二氧化碳中进行冷冻。
压裂层然后在适于所用聚合胶乳乳液的合适固化温度下固压适当的固化时间。调节合适的固化温度和时间，防止所形成的涂层热分解或涂层与加热板粘连。合适的固化温度一般从24℃至287℃不等，优选177℃至232℃，并且适当的固化时间也从120分至1至5秒不等，优选30分至1分。固化步骤优选同时在适于所用聚合胶乳乳液的适当固化压力存在下进行。适当的固化压力从0.1N/mm2至3.5N/mm2不等，优选0.14N/mm2至2.0N/mm2。常规的热压设备，如具有气动或液压加压加热压板的压模机适于间歇操作，而常规热压设备，如一对热砑光辊，一组热砑光辊，一对平行位置热运输带或紫外固化灯，可通过挤压RWS而被用于连续操作。优选模压机。如果需要压裂和固化步骤可同时进行。
本发明的方法还涉及以逐步递增或小心递增的方式分级固化压裂层，即压裂层为“B”级时，在适于所用聚合胶乳乳液的“B”级固化温度固化，然后在固化温度下完全固化。据认为不依赖于其内部而仅通过分级固化压碎层，所形成的涂层具有更好的韧性。
另一方面，本发明方法还涉及以逐步递增或小心递增的方式分级固化压裂层，即压裂层为“B”级时，在适于所用聚合胺乳乳液的“B”级固化温度和压力下固化，然后在固化温度和压力下完全固化。
本发明第二方案的第一步是欲在RWS表面产生涂层，该步包括混合粘合剂和木纤维，颗粒，薄片，或小木块形式的木素纤维材料，形成木料/粘合剂混合物。优选薄木片，利用常规混合设备，如转鼓混合机将木素纤维材料与按木素纤维材料重量计1至10％，优选2至5％量的粘合剂充分混合。一些适宜的粘合剂包括三聚氰胺甲醛树脂(蜜胺甲醛树脂)；酚醛树脂；脲甲醛树脂；异氰酸酯粘合剂，如二苯甲烷二异氰酸酯；以及用于改进所形成基材的防水性的蜡。
本发明第二方案的方法的下一步包括在输送表面如运输带上分散木质/粘合剂混合物形成板坯，其厚度一般从6.4mms至200mms不等。本质/粘合剂混合物用空气，如鼓风机输送，运输，然后分散到输送面上。木质/粘合剂混合物中的木素纤维材料可以以随机分配方式分散或被定向分配以得到所希望的取向结构强度。优选具有定向木素纤维材料的板坯，这种板坯在生产定向刨花板中使用。
然后将本发明聚合物胶乳配合物按与第一目的的方法中所用的相同步骤进行起泡和在板坯表面涂布，干燥和硬化。
在适于聚合胶乳乳液和底层板坯表面类型的合适板坯压裂压力下压裂聚合胶乳乳液的干燥泡沫层。适当的板坯压裂压力在0.01N/mm2至3.5N/mm2，优选0.14N/mm2至2.0N/mm2之间变化。压裂步骤优选在适于聚合胶乳乳液和底层板坯表面类型的适当板坯压裂温度下进行。适当的板坯压裂温度从24℃至287℃不等，优选150℃至204℃。
然后在适于聚合胶乳乳液和底层板坏表面类型的适当的板坯固化温度和适当的板坯固化压力下固化板坯表面的泡沫层，产生具有平滑硬化涂层的再生木质基材。适当的板坯固化温度在24℃至287℃之间变化，优选在177℃至232℃之间。适当的板坯固化压力从0.1至3.5N/mm2不等，优选在0.14N/mm2至2.0N/mm2之间变化。常规固化设备，如热模压机是适合的。
本发明方法进一步包括在涂布于RWS表面之前均化聚合胶乳乳液的泡沫。均化步骤可通过在聚合胶乳乳液中加入均化剂而改进。
本发明方法可进一步包括在泡沫涂布步骤过程通过在聚合胶乳乳液内掺入湿润剂来湿润RWS的表面，以保证泡沫层与RWS表面基本均匀接触。
如果需要，本发明方法进一步包括热处理RWS上的固化涂层以改善涂层的硬度。热处理在适于所用的聚合胶乳乳液和底层RWS的合适的后固化温度，后固比压力和后固化时间下进行。合适的后固化温度从50℃至287℃不等，优选177℃至232℃之间，合适的后固化压力从0.1至3.5N/mm2，优选从0.1至2.0N/mm2不等，合适的后固化时间相应地也从120分钟至1至5秒的范围不等，优选在30至10分钟之间。
如果需要，本发明的涂料可以涂布在已涂布有本专业已知的涂底剂的RWS表面上。
本发明方法产生了具有适宜在外挡板，内镶板，内和外门板(也称门心板)，车库门撬头(garage door insetts)，桁梁，家俱部件和底板底层析板的表面(包括边)上作为耐久密封涂层的平滑硬表面的RWS。涂层具有在1至15洛氏值(rocker number)范围内的表面硬度和0.5至15微米/25.4mms的表面粗度，它们均按后面所述方法测得。依据所期望的用途，本专业技术人员可通过改变泡沫层的厚度来改变涂层的厚度。例如，本发明涂料可用作密封涂料以防止在外露于水的由RWS制备的外门板或浴室贴面板中使用的底层木质基材渗水。按本发明方法涂层的RWS消除了在再生木质基材的外表面粘薄木片或纸贴面的需要，而在再生木质基材的外表面粘贴薄木片或纸贴面是由于这些基材往往具有粗糙表面并且在美观上令人难以喜爱。染色类聚合胶乳乳液能产生平滑不透明或染色硬层，这样消除了在再生木质基材上涂布附加有色罩面层或染色剂的需要。
试验方法下述试验方法用于产生下述实施例中所报道的数据。
1.液态水渗透性试验液态水渗透性试验也称作Cobb Ring试验(Technical Associa-tion of Pulp and Paper Industry，Atlanta，Georgia，研制的120试验方法)，该试验测定了预处理的木质基材(在50±2％相对温度和23℃±1.1℃下平衡处理)如OSB板在指定时间内(至少在24小时)于标准条件下吸收的水量。试验基材的涂层表面曝露于储存在带有夹条的黄铜环(内径10.50±0.02cm)(环加条重10.0±0.5kg)内的250ml蒸馏水中。存储在环内的水保持在23±1℃并且在试验期间产生1.27±0.1cm的水头。在试验之前或之后称重标准试验样品以测定试验样品所吸收的水量。试验样品上涂层的不渗透性越高，样品所吸收的水量就越低。透水性结果用试验标品在试验期间每645.16平方厘米(100平方英寸)所吸收的水的克数表示。例如，理论读数为1528时表明试验样品在试验期间完全吸水而读数为0时则表明试验样品在试验期间不吸水。
将用本发明平滑涂料涂层的14.7oms×14.7oms样品在Cobb试验之前在相对温度为50％，温度为23.8℃的条件调节室内平衡3天，然后称重。对于每片样品测量三次。对于无涂层即裸露表面的OSB试验样品，其渗水性不能被测量，这是因为试验环内的水在仅仅几分钟内就从样品中渗出。2.附着力试验(Adhesion Test)涂料附着力试验也称作胶带附着力试验，由Ameriean Hard-board Association(Palatine，Iillinvis)研制，用于测定涂料与试验基材的底面的粘合强度。满足Federal Specification UU-T-106C的标准压敏粘合带(低于一年龄的#250 II型压敏粘合带由3M公司提供)粘贴于涂层试验表面，然后突然用力拉至与表面成90°。没有涂料从基材表面剥落，或底层基材表面的全剥离表面完全粘合，即读数为0％。所有涂料从基材表面剥落表明完全失败，即读数为100％。从表面剥落的涂料的部分用表面剥落的面积百分数表示。3.表面硬度试验符合American Sociey ot Testing Materials(Philadelphia，Penn-sylvania)制定的ATM D 2134-66标准的表面硬度试验是根据摇摆装置的振动振幅在较软表面上比在较硬表面上更迅速减小的原理来测定有机涂料的硬度。使用No.703Sward Type Hardness Rock-er，Model No HA-703，Paul N.Gardner Company，Inc.(PompanoBeach，Florida)提供。为测量表面硬度，将荡动器置于试验表面并摇向左侧，一直至荡动器左侧管瓶内的气泡被完全看见为止。然后取下荡动器计数荡动器左侧管形瓶内的汽泡保持看得见的时间的总值。该值可以表示为荡动器值。荡动器值越高表示底层表面越硬。例如，玻璃基材的荡动器值为50而其上具有普通涂底剂的纤维板才具有7荡动器值。对于本发明方法生产的涂料，所希望的荡动器值至少为2。4.表面粗糙度测量本发明涂层的粗糙度用DEKTAK3030外形仪测器，该仪器由Sloan Technology Corporation(Santa.Barbara，California)提供。DEKTAK3030外形仪是测量各种基材表面上高度分布在131微米至小于100埃的范围内的垂直特性的粗糙度测试仪。为测量表面粗糙度，外形仪的钻石针头描形状在试验表面上模横25.4mms。表面变化使描形剂上移或下移。这种垂直移动在25.4mms水平距离上求平均值并以微米表示，作为粗糙度值。该值越高表示表面越粗糙。对于本发明方法产生的涂层，所希望的表面粗糙度小于15微米。5.掩蔽试验掩蔽试验测量涂料可掩蔽或覆盖底层表面的程度。使用Color-gard，Silver Spring，Marglad，提供的比色计(型号；Colorgard 1000System)测量测试表面的颜色或色差以测定涂料可遮盖底层表面的程度。比色计测定从色层反射出的散射光的强度。通过比较，白层的散射光的强度(L)最高(94.8)而黑层的散射光强度最低(12.4)。L值越高表明涂布在基材表面上的涂料对测试基材表面的遮盖性越好。
本发明用下述实施例进一步说明。
聚合物1利用下述聚合物3的制备方法，由782克丙烯酸丁酯，478克甲基丙烯酸甲酯，460克苯乙烯，92克甲基丙烯酸羟乙酯，和27.6克衣康酸单体混合物制备聚合物1。最终反应产物的Tg为24℃。
聚合物2制备包含总量为445克去离子水，21.4克硫酸化聚乙氧基壬基酚的铵盐，705克丙烯酸2-乙基己酯，420克苯乙烯，441克丙烯腈，61克甲基丙烯酸，76克甲基丙烯酸甲酯，及38克脲基官能单体的单体乳液。在反应釜内加入1370克去离子水并在氮气下加热至87℃。向此反应釜内加入17克硫酸化聚乙氧基壬基酚的铵盐，150克单体乳液，和溶在35克水中的2.6克过硫酸铵。在加入单体乳液的同时，逐步向反应器内加入溶于10克水中的1.7克碳酸钠和溶在10克水中的1.7克过硫酸铵。单体乳液加到反应器之后，将其冷却并加入总量为溶在1克水中的0.024克硫酸亚铁七水合物，30克水中的7.5克70％活性叔丁基过氧氢，及溶在120克水中的5.1克甲醛化次硫酸钠。最终乳液用溶在40克水中的17.6克氨水中和。中和之后，加入10克Rohm and Haas Company(Philadelphia，Pennsyl-vania)提供的KathonLx杀生剂(1.4％活性)。最终反应产物具有46％固含量，100nm粒度，30℃Tg和7.5pH值。
聚合物3将1320克去离子水，3.5克硫酸化聚乙氧基壬基酚的铵盐及27g水衣质酸加到反应釜内并将反应混合物加热至85℃。通过向475克去离子水中加入790克丙烯酸丁酯，449克甲基丙烯酸甲酯，465克苯乙烯，93克甲基丙烯酸羟乙酯，35.5克甲基丙烯酸烯丙酯和27.5克硫酸化聚乙氧基壬基酚的铵盐制备单体乳液。向上述反应釜内加入100克所述乳液，继之加入溶在30克水中的4.6克过硫酸铵。反应开始15分钟之内，逐渐加入剩余的乳液以及2.8克过硫酸铵的130克水溶液。反应物加完之后，向反应釜内加入180克去离子水并将反应釜冷却至60℃，此时再加入4.65克0.15％硫酸亚铁七水合物水溶液。向反应釜内加入总量为溶在18.6克去离子水内的1.8克叔丁基过氧氢以及溶在28克去离子水中的1.0克甲醛化次硫酸钠。当反应温度升至50℃时，向反应釜内加入115克水，66克二甲氨基乙醇，14.8克硫酸化聚乙氧基壬基酚的铵盐，以及245克用作交联剂的甲基化聚合密胺甲醛树脂。用去离子水稀释胶乳聚合物以得到43.5％固含量。最终反应产物具有9.5pH值，28℃Tg，低于400厘泊的粘度以及120nm粒度。
实施例1将聚合物1，或聚合物2，或聚合物3(聚合物1进一步与10％重量用作交联剂的甲基化聚合蜜胺甲醛树脂混合)分别与包含5份STANFAX-320硬脂酸铵皂)；5份STANFAX-318琥珀酸钙皂[上述两种物质均由Standard Adhesive & Chemical Co，Inc.(Dalton，Georgia)提供]；0.3份TRIRONx-405辛基苯氧基聚乙氧乙醇[Union Carbide Co.(Charleston，West Virginia)提供]和21份水的含水混合物充分掺合制备分离清亮聚合胶乳制剂。所得到的掺合物在KITCHENAID掺合机[Kitchenaid Corporation(St.Toseph，Michigan)提供]内强烈搅拌起泡。将100克胶乳制剂在掺合机内快速硬化5至10分钟，然后中速均化硬化5至10分钟进行起泡，以产生泡沫密度为0.083克/毫升的泡沫。所产生的泡沫层涂布在数块304.8毫米×304.8毫米定向刨花试验板(OSBS)的表面。测试板上的泡沫层用刮刀调整至3.2毫米厚度。泡沫层然后在流量控制对流烘箱[型号1355，Hotpack Corp，提供(Philadelphia，Pennsylvania)]中于121℃下干燥5分钟，泡沫层用普通热压机[Wabash Company(Wabash，Wisconsin)提供]压碎并在热至204℃的压机中于0.48N/mm2压力下加固化1.5分钟。
分析由包括聚合物1，2或3的聚合胶乳乳液制成的涂料，测定其涂层硬度和附着力，结果见下表I所示
表I下述聚合物 涂层硬度*附着力的聚合乳液聚合物1 4.7 0聚合物2 5.1 0聚合物3 4 0*十次测量平均值实施例2按实施例1的方法，使用聚合物3制备具有压碎和固化涂层的定向刨花板测试板。然后将固化涂层曝露于177℃后固化温度中后固化0，3，6和10分钟，测定后固化时间的增加对涂层硬度，渗水性，表面粗糙度和所产生的涂料的胶带附着力(tape adhesion)的影响，结果见下表所述表II表面在177℃的加热时间(分钟)0 3 6 10涂层硬度*4 4 4.34.5渗水性 934 55.3 38.8 27.3表面粗糙度**0.941.16 2.40 8.26胶带附着力 0 0 0 0*十次测量平均值**每25.4mms水平移动的垂直移动的平均值(微米)根据表2，可以看出延长后固化时间不仅涂层硬度和渗水性得到改进，而且表面粗糙度也随之增大。
实施例3室温下搅拌混合下述组分制备着色产物(所给出的百分含量为体积百分比)51.7005％聚合物3；29.0187％自来水，其中的38％用于分散颜料颗粒，62％在排出时使用；4.7265％二氧化钛；3.2477％黄色氧化铁；1.6616％小片状硅酸钙/镁；1.0905％水合硅酸铝；2.6478％异丙醇；1.9883％聚烯分散体(分散在81％重量比异丙醇中的微粉化蜡，购自Daniel Products Co.(Tersey City，New Tersey)，商标“SLIP-AYDSL-92”)；0.8394％低聚物钠盐溶液(25％活性成分，购自Uniroyal Chemicals Division of Uniroyal Inc.，Naugatuck，Connecticut，商标名“POLYWET”)；0.1699％红色氧化铁；0.4996碳黑；0.4873％磨碎的聚乙烯/聚氟乙烯腊(Langer and CompanyCritter-hude-Ihcpohl，Germang，商标名“LANCO WAXTM+)0.3996％辛基苯氧基聚乙氧乙醇；0.3297％氨酯聚合物溶液(按固体粒子量计35％活性物，65％水；购自Rohm and Haas Company，Philadelphia，Pennsylvania，商标“ACRYSOLRM8”)；0.2796％四甲基-5-癸炔-4.7-二醇/异丙醇溶液(50％重量比固体粒子，50％重量比异丙醇，购自Air Products and Chemicals，Inc，Allentown，Pennsylvania，商标“SURFYNOL104PA”)；0.2496％石油衍生物消泡剂(购自Henkel Corporation，Coatings and Inks Division，Ambler，Pennsylvania，商标“FOAMASTERVL)；0.2914％甲醇；0.1295％四甲基-5-癸炔-4.7-二醇；0.1080％咪唑羧酸钠；0.0429％改性羟乙基纤维素(购自Aqualon Company，Wilmington，Delaware，商标“NATROSOLPLUS”)；0.0099％N，N-二甲基乙醇胺；和0.0040％苯并异噻唑啉酮溶液(购自ICI Americans Inc.，Wilmington，Delawareg，商标“PROXELGXL”)。
将100份重量着色产物然后与5份重量STANFAX320和5份重量STANFAX318皂掺合并用53.5克去离子(DI)水稀释，产生具有40％重量比固含量的掺合物。掺合物按实施例1所述步骤起泡。泡沫层涂布于OSB测试板的表面并用刮刀调整成3.2mm均匀厚度。在对流烘箱中于121℃干燥及硬化泡沫层5分钟。然后将干燥泡沫层分别按照实施例1所述步骤在204℃和0.48N/mm2的同时加热和加压下进行压裂和固化。所产生的涂层具有平泡且无汽泡表面。然后将涂层测试板在177℃后固化温度下于不同的后固化时间间隔下进行热处理。结果见下表所示表III后固化加热时间(分钟)0 3 71015涂层硬度*4.5 5.2 5.8 6.4 6.8渗水性 104 102 83 8265表面粗糙度**2.214.6581 5.21 6.25胶带附着力 10 5 32 0*十次测量平均值**每25.4mms水平移动的垂直移动的平均值(微米)。
从表III中可以看出延长后固化加热时间，可以增进涂层硬度，渗水性及粘合力，但表面粗糙度也被增加。
实施例4将实施例2乳液中的固体量调节至50，40，30和20％，按乳液重量计。按实施例1和3所述方法制备泡沫层。固体含量的变化对泡沫层(在对流烘箱中于121℃干燥121℃)的性质的影响见下所示表IV乳液固含量20％ 30％ 40％ 50％泡沫密度*0.070 0.085 0.092 0.104泡沫质量**龟裂 龟裂 无龟裂无龟裂(不合格) (不合格) (合格)(合格)*泡沫密度(g/ml)通过测量相同体积的泡沫与水的重量比来测定。**在烘箱干燥步骤之后测量。
从表IV中可以看出通过增大聚合胶乳乳液的固体含量及泡沫密度，可以得到无龟裂的泡沫层。
实施例5按实施例1所述方法将100克实施例3的着色乳液发泡并涂布于OSB板上。泡沫层用刮刀调节至3.2mm厚度。将涂有泡沫层的板在不同干燥温度下于不同的干燥时间下烘干，将所有水分基本除去。泡沫层然后按实施例1所述方法在热压机中于204℃压板温度下压碎5分钟。测量板样上涂层的硬度。
表V1234567条件干燥温度(℃) 121 121 121 121 149 149 179干燥时间(分钟) 1357133所形成的涂层的性能涂层硬度 333.5 43.5 55
从表V中可以看出通过增长干燥时间或提高干燥温度可以增大涂层硬度。
实施例6按实施例3所述制备OSB测试板上的泡沫层并于121℃干燥5分钟，然后在0.69N/mm2和232℃于不同的压裂时间下压裂。所产生的涂层的涂层硬度和附着力见下所示表VI条件 1 2 3压裂时间(分钟) 0.52 5所形成的涂层的性能涂层硬度 3.33.43.7胶带附着力 0 0 0从表VI可以看出通过延长压裂时间，所产生的涂层的涂层硬度得到改进，并且对涂料与底层基材间的粘附没有不利影响。
实施例7将100份重量实施例3的着色产物与1.65％重量比STAN-FAX320皂(按乳液固含量的重量计)，5.7％重量比STANFAX318皂(按乳液固含量计)，0.5％重量比TRITONx-165泡沫均化剂(按乳液固含量计)和53.5克去离子水掺合，产生具有按重量计40％固体含量的掺合物。此掺合物按实施例1所述方法起泡。在湿/干纤维板坯样品(TempleCo、提供，Diboll，Texas)上涂布泡沫层并用刮刀控制泡沫层厚度。然后用刮刀将泡沫层调节至1.6mm至3.2mm之间的等同厚度。结果是每0.0929平方米含有3至7千克数用量。具有泡沫层的板坯在对流烘箱内于121℃下干燥硬化5分钟。然后将干燥硬化泡沫层在热压机内于204℃及1.93N/mm2下压裂和固化5分钟以产生其上具有涂层的RWS。不同用量下所得到的遮盖值见下所列表VII样品加入量 掩蔽(干克数/sq 0.0929M) (L值)板坯034.251 3.7 64.312 4.4 65.563 5.7 67.164 6.4 67.16从表VII可以看出通过增加加入量，可以得到更高的掩蔽值。
权利要求
1.在再生木质基材表面产生涂层的方法，该方法包括使包含烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗粒和发泡剂的聚合胶乳乳液发泡，其中所述聚合物具有在10℃至100℃范围内的Tg；在所述基材表面上涂布上一层上述泡沫聚合胶乳乳液；将上述泡沫层干燥成硬化层；压裂上述硬化层，和固化上述压裂层，在所述木质基材上形成上述涂层。
2.权利要求1的方法，其中所述聚合胶乳乳液进一步包含用于稳定上述泡沫聚合胶乳乳液的上述层的泡沫稳定剂。
3.权利要求1的方法，其中所述聚合胶乳乳液进一步包含用于改进所述涂层韧性的交联剂。
4.权利要求1的方法，该方法进一步包括在适合所述胶乳聚合物乳液的适当后固化温度和期间下热处理所述涂层。
5.权利要求1的方法，其中所述聚合胶乳乳液进一步包含参与湿润所述基材的表面以便所述层与所述木质基材的表面均匀接触的湿润剂。
6.权利要求1的方法，其中所述聚合胶乳乳液进一步包含用于均化所述聚合胶乳乳液的所述泡沫的均化剂。
7.权利要求1的方法，其中所述压碎步骤包括在逐渐增加或小心增加的步骤中采用适合所述聚合胶乳乳液的合适压裂压力。
8.权利要求1的方法，其中所述的固化步骤包括逐渐或小心增高所述层的温度直至达到适合所述聚合胶乳乳液的合适固化温度。
9.权利要求7或8的方法，其中所述压裂和固化步骤同时进行。
10.在再生木质基材表面产生涂层的方法，该方法包括将含有烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗料，发泡剂以及按所述固含量重量计在0.1至15％范围内的泡沫稳定剂的聚合胶乳乳液发泡，其中所述聚合物的Tg在10℃至100℃之间；在所述基材的表面涂布所述泡沫聚合物胶乳乳液层；干燥所述泡沫层成硬化层；压裂上述硬化层；以及固化上述压裂层以形成位于所述木质基材上的所述涂层。
11.按照权利要求1的方法产生的位于再生木质基材表面的涂料。
12.权利要求11的涂料涂敷的再生木质基材。
13.生产涂敷再生木质基材的方法，包括混合粘合剂与木质颗粒，小木片，纤维或薄片，形成木料/粘合剂混合物；在输送面上分散上述木料/粘合剂混合物以产生板坯；将包含烯键式不饱和单体的聚合物的聚合物颗粒和发泡剂的聚合胶乳乳液发泡，所述聚合物的Tg在10℃至100℃之间；在所述板坯表面涂布上一层上述泡沫聚合胶乳乳液；干燥上述泡沫层成硬化层；压裂上述硬化层，以及固化上述压裂层和上述板坯，形成所述涂敷再生木质基材。
14.权利要求13的方法，其中所述聚合胶乳乳液进一步包含用于稳定上述泡沫聚合胶乳的上述层的泡沫稳定剂。
15.生产涂敷再生木质基材的方法，包括混合粘合剂与木质颗粒，小木片，纤维或薄木片，形成木料/粘合剂混合物；在输送面上分散上述木料/粘合剂混合物以形成板坯；将含有烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗粒、发泡剂以及按所述固含量重量计在0.1至15％范围内的泡沫稳定剂的聚合胶乳乳液发泡，其中所述聚合物的Tg在10℃至100℃之间；在所述板坯表面涂布上一层上述泡沫聚合胶乳乳液；干燥上述泡沫层成硬化层；压裂上述硬化层，以及固化上述压裂层和上述板坯，形成所述的涂敷再生木质基材。
16.在再生木质基材上产生涂层的方法，包括气动搅拌聚合胶乳乳液形成泡沫密度在0.04至0.25克/毫升范围之间的泡沫，所述聚合胶乳乳液包括按所述乳液固含量重量计10％至60％烯键式不饱和单体聚合物的聚合物颗粒，且所述聚合物的Tg在10℃至100℃范围之内，按所述乳液固含量的重量计0％至40％氨基塑料树脂交联剂，按所述乳液固含量的重量计1％至15％发泡剂，按所述乳液固含量的重量计0％至10％湿润剂，以及按所述乳液固含量的重量计0％至15％泡沫稳定剂，其中所述稳定剂选自N-十八烷基磺基琥珀酸二钠，N-(1，2-二羧乙基)-N-十八烷基横基琥珀酸四钠，琥珀酸钙，磺基琥珀酸钠的二戊酯，横基琥珀酸钠的二己酯，磺基琥珀酸钠的二辛酯，氯化二硬脂酰吡啶鎓，N-可可基-B-氨基丙酸及其钠盐；在所述基材表面涂布上厚度为0.8至10mms的上述泡沫聚合胶乳乳液层；在40℃至180℃的范围内的合适干燥温度下将上述泡沫层干燥成硬化层干燥时间在6小时至30秒范围之间；在0.1至3.5N/mm2之间的合适压裂压力下压裂上述硬化层；以及在24℃至287℃之间的合适固化温度下固化上述压裂层，形成位于上述木质基材上的涂层。
17.权利要求16的方法进一步包括在177℃至232℃之间的后固化温度和0.1至3.5N/mm2之间的后固化压力下热处理上述涂层。
18.按权利要求1，10，13，15或16的方法所制的涂料涂层的再生木质基材。
19.适于在再生木质基材的表面或边上产生平滑硬涂层的聚合胶乳乳液，包括按所述乳液固含量的重量计10％至60％烯键式不饱和单体的聚合物的聚合物颗粒，所述聚合物的Tg在10℃至100℃范围之内，发泡剂按所述乳液固含量的重量计0％至15％选自下述的泡沫稳定剂N-十八烷基磺基琥珀酸二钠，N-(1，2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基琥珀酸四钠，琥珀酸钙，磺基琥珀酸钠的二戊酯，磺基琥珀酸钠的二己酯，磺基琥珀酸钠的二辛酯，氯化二硬脂酰吡啶鎓，N-可可基-B-氨基丙酸及其钠盐，
20.权利要求19的聚合胶乳乳液，该乳液进一步包括按所述乳液固含量的重量计0.5％至40％用于改进所述涂层韧性的交联剂。
全文摘要
公开了在木质基材上产生平滑硬涂层。在木质基材如定向刨花板的表面涂布泡沫聚合胶乳乳液层。将该层干燥、压裂，然后固化以形成涂层。如果需要，固化涂层可进行后固化热处理以改进其硬度。还公开了在木质纤维或薄木片的板坯上涂布泡沫聚合胶乳乳液层并干燥此层，然后压裂并将压裂层将板坯固化成具有平滑硬涂层的硬木板。本发明的涂料用作木质基材上的密封涂层。通过向聚合乳液中加入颜料，上述密封涂层可提供木质基材的罩面层。
文档编号B05D7/24GK1140105SQ9610227
公开日1997年1月15日 申请日期1996年6月6日 优先权日1995年6月7日
发明者O·H·H·赫斯, P·H·莫斯, G·M·库里尔 申请人:罗姆和哈斯公司, 阿克佐-诺贝尔涂层公司