專利名稱：：木材防水和防腐組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及防水和木材防腐組合物。氧化烷基二甲基胺、乙酰乙酸烷基酯和季銨的組合物當(dāng)與季銨生物殺傷劑組合物結(jié)合使用時(shí)已發(fā)現(xiàn)能提供很好的木材防水作用。特別是這些防水和木材防腐組合物能抵抗木材的生物和物理分解，并能經(jīng)受長期氣候老化并保持這種抗性。木材的生物腐敗是真菌和相關(guān)的生物體在木纖維上作用的結(jié)果。生物殺傷劑是加入木材處理劑的化學(xué)藥品，能抑制這類生物體的生長，因而避免了生物腐敗。季銨化合物(quats)已顯示是抵抗通常腐蝕木材的生物體的高效生物殺傷劑。具體地說，季鹽，特別是二癸基二甲基氯化銨(DDAC)是普遍用作木材保護(hù)劑的，因?yàn)樗鼈冾愃朴谄毡槭褂玫乃崾姐~/鉻/砷溶液(CCA)或氨銅和砷鹽溶液防腐劑，具有抗真菌和白蟻、抗強(qiáng)度損失和抗電敏感的性質(zhì)。參見Proc.oftheAm.WoodPres.Assoc.(美國木材防腐學(xué)會(huì)會(huì)刊)，80191-210(1984)。木材腐敗的第二個(gè)原因-物理分解是木材交替暴露于潮濕和干燥下膨脹和收縮的結(jié)果。這種分解是用有防水性質(zhì)的組合物阻止木材暴露于潮濕下而避免的。蠟基化合物是在木材上普遍使用的防水劑，但它與季銨化合物不相容。因此在本
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中有必要開發(fā)這樣一種組合物，它能將季銨化合物給予的優(yōu)良抗生物腐蝕性和有效的防水性結(jié)合起來，并且長時(shí)期不失其有效性。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種包括脂肪酸酯的防水組合物。此外，發(fā)現(xiàn)氧化烷基二甲基胺、乙酰乙酸烷基酯和某些季鹽是有效的防水組合物。在美國專利中已敘述了季銨和氧化胺的組合，是用作清潔組合物的。特別是在Findlan等人的兩個(gè)專利(USP3,296,145和3,484,523)中，敘述了其中烷基包括8-20個(gè)碳原子的氧化叔胺與諸如烷基氯化銨之類的季鹽組合用于外科手術(shù)皂中。在Green等人的專利(USP4,005,193)中，是在乳液中將聚合的季銨化合物與抗真菌劑結(jié)合，氧化胺被用作為乳化劑。這一結(jié)合體的功能是阻止油包水乳液中的真菌生長。另外，Like等人(USP4,336,151)敘述了眼用無刺激性消毒劑，它包括季銨化合物和氧化硬脂基二甲基胺。Gruetzman(USP4,013,804)敘述了噴-涂的木材處理法，其中季鹽化合物賦予處理的木材以靜電荷，這樣就可以使用基于靜電吸引的有效噴-涂方法。防水和生物殺傷作用都是希望有的處理特征，但處理的各階段是分別進(jìn)行的，而不是用組合的處理溶液，所教導(dǎo)的防水劑是蠟基組合物。USP4,508,568(Fox)也敘述了蠟和季鹽的處理方法，它要求高百分?jǐn)?shù)的表面活性劑去將蠟保持在溶液中。季鹽在涂覆飛機(jī)風(fēng)擋的防水化合物中作為分散劑的功能公開于Tarr的專利(USP5,221,329)中。最后，Rajadhyakasha等(USP4,716,060)敘述了酰胺化合物，并建議它們可以與各種生物殺傷劑組合物組合作為防水和防腐劑。已經(jīng)考慮過季鹽與各種能作為防水劑的化合物的幾種組合，具體地說，已公開織物軟化劑，它是氧化胺與一C12-C18季鹽的組合(化學(xué)文摘7367620c(1970))?；瘜W(xué)文摘104135850p(1986)敘述了一洗發(fā)液，它包含氧化胺和季鹽的組合物?；瘜W(xué)文摘10192745b(1984)敘述了水不溶性季鹽與氧化胺的組合，形成了抗靜電劑?；瘜W(xué)文摘117126452b公開了一種包括十八烷基二甲基胺和C8C10N(CH3)2Cl的除草組合物?；瘜W(xué)文摘112212470(1990)敘述了一種防雨的殺真菌劑?；瘜W(xué)文摘8644656(1977)和10779448m(1987)公開了無生物殺傷作用的含季鹽織物處理劑?；瘜W(xué)文摘10599400b(1986)和105135813(1986)公開了一種作為木材處理劑的季鹽和硼酸的組合?；瘜W(xué)文摘107238052w(1987)教導(dǎo)使用季鹽與一無機(jī)鹽和一脲形成的樹脂的組合以生產(chǎn)木材處理劑。最后，使用洗滌劑和脂質(zhì)體中的DDAC來進(jìn)行藥物輸送分別公開于化學(xué)文摘120301698x(1993)和1033249u(1985)中。因此，本發(fā)明的發(fā)明人首先敘述了季銨化合物與具體列出的非蠟質(zhì)防水劑的有效組合用于處理木材以避免物理和生物腐蝕。這種化學(xué)組合得到的木材處理體系顯示了好的初始抗腐蝕性，并暴露于外部氣候保持有效可達(dá)3年之久。這一保留是出乎意料的好，并且比傳統(tǒng)的蠟基非生物殺傷的市售防水劑或單獨(dú)的防水組合物均好。下面的縮寫用于各圖中TWS-Thompson’sWaterSeal，商品化非生物殺傷材料(防水正對(duì)照)；PGHMS-丙二醇單硬脂酸酯(Lonza提供，商品名AldoPGHMS)；DDACO3-二癸基二甲基碳酸銨(在水/丙二醇中的50％溶液，按USP5,438,034〔1995年8月1日頒發(fā)〕和USP5,523,487〔1996年6月4日頒發(fā)〕制備)；DDAC-二癸基二甲基氯化銨(在水/乙醇中的80％溶液，Bardac2280，LonzaInc.)；DT95-二牛油基酰氨基乙基聚氧乙烯甲基甲硫酸銨(70％活性材料，CarsosoftDT-95)；BX18-氧化十八烷基二甲基胺(25％水中膏體，Barlox18，LonzaInc.)；BX16-氧化十六烷基二甲基胺(30％水溶液，Barlox16，LonzaInc.)；ODAA-乙酰乙酸十八烷基酯(100％純固體，LonzaAG)；Pond.-美國黃松(1/4×3/4×5”的橫紋向上木片(endgrainwafers))；SYP-南方黃松(southernyellowpine)(1/4×3/4×3-1/2”的橫紋向上木片)。圖1是表1數(shù)據(jù)的圖解表示，紀(jì)錄季鹽、季鹽與PGHMS以及TWS對(duì)照的防水性能/時(shí)間關(guān)系結(jié)果。圖2是表2數(shù)據(jù)的圖解表示，顯示季鹽與防水組合物混合所到達(dá)的結(jié)果與時(shí)間的關(guān)系。圖3是表3數(shù)據(jù)的圖解表示，顯示DDAC和DDACO3與防水劑組合的功能。圖4是表4數(shù)據(jù)的圖解表示，紀(jì)錄組合防水體系的防水能力的保持。圖5是表5數(shù)據(jù)的圖解表示，顯示Carsoquat868與季鹽組合作為防水體系的功能。圖6是表6數(shù)據(jù)的圖解表示，證明Barlox18與DDACO3作為防水體系的功能。圖7是表7數(shù)據(jù)的圖解表示，提供BX18與BX16和DDAC組合的功能比較。圖8是表8數(shù)據(jù)的圖解表示。圖9是表9數(shù)據(jù)的圖解表示。圖8和9是用南方黃松獲得的結(jié)果，圖1-7是用美國黃松獲得的結(jié)果。本發(fā)明涉及包括防水增強(qiáng)量的防水劑所述組合物和生物殺傷有效量的生物殺傷劑的防水的木材防腐體系，其中所述防水劑選自氧化烷基二甲基胺、乙酰乙酸烷基酯和防水的季銨化合物，所述生物殺傷劑包括至少一種生物殺傷性季銨化合物。防水劑和生物殺傷劑按0.25∶1-2∶1、優(yōu)選1∶1的比例混合。本發(fā)明也涉及木材基體的防水、防腐或防水和防腐方法，它包括用上述的防水木材防腐體系處理所述的基體。所述的防水體系呈現(xiàn)了對(duì)瀝濾增高的抗性，因而實(shí)際上增加了被處理木材的有效保護(hù)期限。I.防水劑被考慮用于本發(fā)明體系的第一類防水劑的是氧化烷基胺。這些氧化胺的通式如下其中R7含8-40個(gè)碳原子，并且是飽和或不飽和的；R8和R9可以是甲基、乙基、丙基、異丙基、羥乙基、羥乙氧基乙基或羥乙基聚乙氧基乙基，其中的氧以配位共價(jià)鍵與氮連接。需要時(shí)R8和R9可以相連以形成一環(huán)狀基。雖然所列的氧化胺均有防水功能，而那些其烷基中碳原子數(shù)大于14的是特別有效的。特別述及的是(A)氧化十八烷基二甲基胺，其中R7為18，R8和R9為甲基；(B)氧化十六烷基二甲基胺，其中R7為16，R8和R9為甲基。被考慮為用于本發(fā)明的第二類防水劑包括防水的季銨化合物，其通式為其中R11為C12-30烷基或C6-20芳基取代的烷基；R12為C12-30烷基。在防水季銨化合物中，優(yōu)選R11為C12-30烷基、R12為C12-30烷基。X可以是鹵素，包括氯、溴、氟、碘或碳酸根、甲硫酸根、乙硫酸根、乙酸根、丙酸根、氫氧根、乙基己酸根或任何USP5,399,762和USP5,559,155中所述的其它抗衡陰離子。因此，碳原子總數(shù)是R11+R12≥24，R11為C12-18烷基、R12為C12-18烷基是更優(yōu)選的。兩個(gè)優(yōu)選的防水季銨化合物是二(C12-C18)二甲基氯化銨和二牛油基酰氨基乙基聚氧乙烯甲基甲硫酸銨。被考慮為在本發(fā)明中使用的最后一類防水劑包括下式的乙酰乙酸烷基酯式中R10是含8-40個(gè)碳原子的烷基，雖然優(yōu)選的是包含12-20個(gè)碳原子的烷基，它是飽和或不飽和。在一優(yōu)選的乙酰乙酸烷基酯中，R10是C18。特別述及的是由LonzaAG提供的乙酰乙酸十八烷基酯。本發(fā)明還考慮使用上述任何化合物之間的相互組合，與酯或少量低分子量聚烯烴或其它蠟或樹脂的相互組合。這些防水劑能阻止季鹽分子在潮濕條件下從基體遷移出。而且，在表面腐蝕問題與季鹽的保水性質(zhì)有關(guān)時(shí)，防水劑置換或阻止水的進(jìn)入。II.生物殺傷劑季銨化合物是尤其考慮的在本發(fā)明處理體系中用作生物殺傷劑的化合物。有生物殺傷性的季銨化合物的通式如下其中R11為C1-20烷基或C6-20芳基取代的烷基；R12為C6-20烷基。X可以是鹵素，包括氯、溴、氟、碘或碳酸根、硼酸根、羧酸根、甲硫酸根、乙硫酸根、乙酸根、丙酸根、氫氧根、乙基己酸根或任何USP5,399,762和USP5,559,155中所述的其它抗衡陰離子。其中的一個(gè)實(shí)例是二癸基二甲基氯化銨，另一實(shí)例是二癸基二甲基碳酸銨。具有生物殺傷性的季銨化合物包括其中R11是C6-18烷基或芐基和R12是C6-18烷基的化合物。因此，碳原子的總數(shù)R11+R12為16-24。R11是C8-12烷基、R12是C8-12烷基是優(yōu)選的。當(dāng)R11是芐基時(shí)，優(yōu)選的R12是C12-16烷基。特別述及的是其中R11是C8烷基、C9異烷基、C10烷基、C12烷基或芐基和R12是C10烷基、C12、C14烷基或C16烷基的季鹽。優(yōu)選的氯化物季鹽是二癸基二甲基氯化銨，其中的R11和R12是正-C10基團(tuán)。此季鹽可用80％的水/乙醇溶液的形式(Bardac2280，LonzaInc.)使用。有用的碳酸季鹽是具有上式而其中R11是甲基、C8烷基、C9異烷基、C10烷基、C12烷基、C14烷基、C16烷基或芐基和R12是C10烷基、C12烷基、C14烷基或C16烷基的化合物。優(yōu)選的碳酸季鹽是其中R11和R12是正-C10烷基的二癸基二甲基碳酸銨。70-80％(重量)的二癸基二甲基碳酸銨溶液是具有輕微水果氣味的黃/橙色液體。此配方的閃點(diǎn)約為160°F，并且它與含羧基的化合物反應(yīng)。此碳酸季鹽是用USP5,523,487和5,438,034所公開的方法制備的。在本發(fā)明的防水木材防腐體系中，可用一種或多種碳酸季鹽單獨(dú)配制或與相應(yīng)的氯化物季鹽組合配制。本發(fā)明的防水和防腐體系中的兩個(gè)主要組分-防水劑和生物殺傷劑的應(yīng)以這樣的量組合，以使防水劑能阻止處理后的木材暴露于水，并使生物殺傷劑有抗生物體襲擊(諸如真菌的生長)的功能。一般說來，防水劑與生物殺傷劑的比為1∶1時(shí)被發(fā)現(xiàn)是有效的，范圍0.25∶1-1∶0.25預(yù)期是在有功效范圍之內(nèi)。防水劑的有效濃度為0.25-4wt％，更特別是0.5-2wt％。生物殺傷劑的有效濃度為0.25-4wt％，更特別是0.5-2wt％。最佳具體實(shí)施方案描述下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而不將其限制。除非另外指明，所有的份和百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì)。處理溶液的制備是將適合重量的防水劑和季銨化合物混合，在熱水浴上加熱以使組分熔融/溶解在一起，然后用溫水(40-50℃)稀釋，同時(shí)很好地?cái)嚢?。木材處理被處理的木材是美國黃松或是南方黃松(SYP)橫紋向上木片。美國黃松樣品的尺寸為5”×0.75”×0.25”，SYP的尺寸為3.5”×0.75”×0.25”。樣品在處理前在環(huán)境條件下平衡，然后稱重。然后將樣品放置在一裝有加液漏斗的真空干燥器中并抽真空至0.1大氣壓15分鐘。將處理溶液加至樣品，并將干燥器中的壓力增至大氣壓。將樣品保留在溶液中5分鐘，然后取出，抹干，在空氣中干至恒重。將對(duì)照的TWS材料(在溶劑油(mineralspirits)中被提供)經(jīng)簡單的一分鐘浸漬過程施于樣品。吸水實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行是將稱量的樣品浸入去離子水中30分鐘。取出樣品，吸干表面水份，并將樣品稱重。計(jì)算各個(gè)樣品的吸水重量百分比。溶脹實(shí)驗(yàn)后將樣品空氣干燥，然后置于室外的平面膠合板上暴露于氣候中。周期性地將樣品送回實(shí)驗(yàn)室，空氣干燥至恒重，再一次吸水30分鐘，并測(cè)定吸水率。最后一次測(cè)定所提供的吸水率給予表中。數(shù)據(jù)紀(jì)錄在幾個(gè)表中。由于木材可不同，在各表組中要小心只使用匹配的樣品。防水計(jì)算防水能力是通過木材樣品在水中浸漬一給定時(shí)間所吸收的水量來判斷。防水指數(shù)(WR指數(shù))的計(jì)算是用下面的公式將處理后的樣品與匹配的未處理對(duì)照樣品進(jìn)行比較WR指數(shù)＝任何正指數(shù)表明組合物的防水程度，高指數(shù)優(yōu)于低指數(shù)。能完全阻止組合物吸收水的配方的指數(shù)評(píng)定為100。對(duì)于某些工廠機(jī)械應(yīng)用，要求的指數(shù)為60。任何正數(shù)表明若干程度的防水性，而其較高者表示材料最好。指數(shù)為60或更高表示是特別好的防水劑?；谶@一標(biāo)準(zhǔn)，所有標(biāo)明的材料都是良好的防水劑。防水性能是與非生物殺傷性的防水劑Thompson’sWaterseal(于市場(chǎng)，在溶劑油中被提供)和季鹽與PGHMS的組合(US08/074,314的主題)比較的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)收集于9個(gè)列表和9個(gè)附圖中。在各表中，縱欄為防水劑(WR)名、生物殺傷劑或季鹽(B)名、其按組分的％量、經(jīng)30分鐘吸水后處理樣品的初始吸水率、計(jì)算出的防水指數(shù)(WR指數(shù))和經(jīng)給定時(shí)間氣候老化后的吸水百分率。相應(yīng)于各表中數(shù)據(jù)的各圖(見圖1-9)顯示吸水率％(吸水30分鐘)是天氣考驗(yàn)天數(shù)的函數(shù)。每一個(gè)樣品系列(由一給定的表所代表)使用匹配的一套有端面的木材樣品。每個(gè)系列中的對(duì)照用作該系列中實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的基礎(chǔ)。一般說來，這些結(jié)果證明，諸如TWS的現(xiàn)有技術(shù)化合物在最初時(shí)與本申請(qǐng)的組合一樣有效，但只有本發(fā)明所述的木材保護(hù)體系經(jīng)長期氣候考驗(yàn)后才是有效的。因此，很明顯，在下面的各表中，TWS，DT95，PGHMS，和BX18或DDACO3在早期的測(cè)定時(shí)間里都顯示相類似的防水性能，但三年以后，用TWS或PGHMS+DDACO3處理的木材情況類似于未處理的對(duì)照，而本文所公開的新組合三年后性能仍然很好。表I用DDACO3DT95處理的美國黃松對(duì)照這些數(shù)據(jù)指出，單獨(dú)的季鹽不是很好的防水劑，并且它們具有的任何功能都很快隨時(shí)間而消失。另外，PGMHS和DDACO3的組合初期有助于防水功能的保持。表II用DDACO3和BX18和DT95處理的美國黃松這些數(shù)據(jù)指出，與季鹽組合的BX18和DT95都是有效的，并顯示了防水質(zhì)量明顯隨時(shí)間消失而得以保留。驚異的是，DDACO3與BX18或DT95的組合體系保持的防水能力明顯長于TWS或PGHMS與DDACO3的組合。表III用DDAC和DDACO3和DT95處理的美國黃松這些數(shù)據(jù)指出，DDAC和DDACO3與DT95的組合都是有效的，特別是在長期的氣候考驗(yàn)后。表IV用DDACO3和ODAA，DT95處理的美國黃松這些數(shù)據(jù)指出，防水劑和生物殺傷劑間的比率為1∶1是有效的。表V用DDAC和868處理的美國黃松這些數(shù)據(jù)顯示，868與DDAC組合是有效的防水劑，并極好地顯示了性能隨時(shí)間消失而得以保留。表VI用DDACO3和BX18處理的美國黃松</tables>這些數(shù)據(jù)顯示，BX18在所示W(wǎng)R∶B比的范圍內(nèi)是有效的防水劑。表VII用DDAC和BX18和BX16處理的美國黃松</tables>這些數(shù)據(jù)指出，C16和C18化合物都是有效的。表VIII用DDACO3和BX18處理的南方黃松</tables>這些數(shù)據(jù)指出，用BX18處理南方黃松和美國黃松都可得到好的結(jié)果。表VIII中的數(shù)據(jù)再一次突出了本發(fā)明防水體系的長期有效性。表IX用DDAC和BX18，ODAA處理的南方黃松數(shù)據(jù)顯示，ODAA與DDAC一起對(duì)南方黃松也是有效的。權(quán)利要求1.一種防水的木材防腐體系，該體系包括一防水劑和一生物殺傷劑，所述防水劑選自氧化烷基胺、乙酰乙酸烷基酯和防水的季銨化合物，所述生物殺傷劑包括至少一種有生物殺傷性的季銨化合物，其中所述的防水季銨化合物是C12-30烷基或C6-20芳基取代的烷基、C12-30烷基季銨組合物，并且所述的有生物殺傷性的季銨化合物是C8-12烷基或C6-20芳基取代的烷基、C8-10烷基季銨組合物。2.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的氧化烷基〔二甲基〕胺有如下的化學(xué)式其中R7是C8-C40，并且是飽和或不飽和的；R8和R9分別選自甲基、乙基、丙基、異丙基、羥乙基、羥乙氧基乙基和羥乙基聚乙氧基乙基；或者R8和R9相結(jié)合形成一環(huán)狀基。3.權(quán)利要求2的防水木材防腐體系，其中R7是C16；R8和R9是甲基。4.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的乙酰乙酸烷基酯有如下的化學(xué)式其中R10是C8-C40烷基，并且是飽和或不飽和的。5.權(quán)利要求5的防水木材防腐體系，其中R10是C18。6.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的防水季銨化合物是C1-20烷基或C6-20芳基取代的烷基、C8-20烷基季銨組合物。7.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的防水季銨化合物是二(C12-18)二甲基氯化銨。8.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的防水季銨化合物是二牛油基酰氨基乙基聚氧乙烯甲基甲硫酸銨。9.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的生物殺傷性季銨組合物包括具有下式的C6-12烷基或C6-20芳基取代的、C6-10烷基季銨氯化物其中R11是C6-12烷基或C6-20芳基取代的烷基；R12是C6-10烷基。10.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的生物殺傷性季銨組合物包括具有下式的C1-20烷基或C6-20芳基取代的、C8-20烷基季銨碳酸鹽其中R13是C1-20烷基或芳基取代的烷基；R14是C8-12烷基。11.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，其中所述的生物殺傷性季銨組合物包括具有下式的C6-12烷基或C6-20芳基取代的烷基、C6-10烷基季銨碳酸鹽其中R13是C6-12烷基或C6-20芳基取代的烷基；R14是C6-10烷基。12.權(quán)利要求13的防水木材防腐體系，其中R13和R14均為癸基。13.權(quán)利要求1的防水木材防腐體系，該體系包括約0.25-4重量份生物殺傷性季銨化合物、約0.25-4重量份防水季銨化合物和約92-99.5重量份溶劑，基于100重量份所述的生物殺傷性化合物和防水化合物和溶劑總量計(jì)算。14.一種木材基體的防腐方法，該方法包括用權(quán)利要求15的防水木材防腐體系來處理所述的基體。15.一種木材基體的防水和防腐方法，該方法包括用權(quán)利要求15的防水木材防腐體系來處理所述的基體。全文摘要公開了一防水和木材防腐體系,該體系包括一增強(qiáng)防水量的防水劑組合物和一生物殺傷有效量的生物殺傷劑。其中防水劑選自氧化烷基二甲基胺、乙酰乙酸烷基酯和防水季銨化合物。同時(shí)也公開了木材基體的防水、防腐或防水和防腐方法。文檔編號(hào)B27K3/50GK1263489SQ98803378公開日2000年8月16日申請(qǐng)日期1998年1月16日優(yōu)先權(quán)日1997年1月16日發(fā)明者L·E·沃爾克申請(qǐng)人:倫薩公司