CN114206112A - 包含聚合甜菜碱和氨基甲酸酯的协同木材防腐组合物 - Google Patents

包含聚合甜菜碱和氨基甲酸酯的协同木材防腐组合物 Download PDF

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Abstract

包含聚合甜菜碱和3‑碘‑2‑丙炔基丁氨基甲酸酯(IPBC)的协同木材防腐组合物。此外,一种控制在木材或木制品上产生霉菌和/或边材变色的微生物的方法,该方法通过将协同木材防腐组合物施加到木材或木制品上以来控制微生物。

Description

包含聚合甜菜碱和氨基甲酸酯的协同木材防腐组合物
对相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月9日提交的名称为“SYNERGISTIC WOOD PRESERVATIVECOMPOSITION COMPRISING POLYMERIC BETAINE AND CARBAMATE(包含聚合甜菜碱和氨基甲酸酯的协同木材防腐组合物)”的美国临时专利申请第62/884,738号的优先权,其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及适用于木材和木制品的处理和防腐的协同组合物。本发明的抗微生物组合物包括包含聚合甜菜碱和碘代丙炔基化合物的木材防腐组合物。这些组合特别适用于保护木材和木制品免受微生物,尤其是产生霉菌和边材变色的微生物生长导致的腐败。
2.背景技术描述
所有类型的基材在暴露于常见的环境条件下时,都容易受到包括真菌、酵母、细菌、藻类和霉菌在内的多种微生物的攻击、腐败以及各种破坏。因此,一直非常需要保护各种材料在较长时间内免受此类微生物引起的污损、变质和破坏的有效且经济的方法。需要防御此类微生物的材料包括例如木材和木制品,它们易于因有害微生物的作用而降解。这种降解尤其会在基材上产生变质、变色、形成令人反感的气味和其他不利影响。
已经付出了大量努力来开发各种各样的材料,这些材料在不同程度上能有效延缓或防止这些微生物在各种情况下的生长以及由其引起的伴随破坏。此类抗微生物材料包括卤代化合物、有机金属化合物、季铵化合物、酚类物质、金属盐、杂环胺、甲醛加合物、有机硫化合物等。
没有单一的有机抗微生物化合物能够提供防所有微生物的保护并且适用于所有应用。除了有关功效的这些限制之外,其他限制可能会制约了某些抗微生物剂的效用。例如,稳定性、物理性质、毒理学特征、监管考虑、经济考虑或环境考虑可能会使特定成分不适合特定用途。因此,需要不断开发针对各种需求提供广谱保护的新组合。
明智地选择组合可以提供在使问题最小化的同时使效益最大化的方法。理想的是,增强抗微生物活性而抑制或降低不太期望的性质的组合可以提供优良的产品。任务是找到这种组合,其会提供防各种问题微生物的保护,不会对要保护的产品产生不利影响,会长时间保持其完整性,并且不会对健康或环境产生任何强烈的不利影响。
发明概述
本发明涉及包含聚合甜菜碱和碘代丙炔基化合物的特定协同防腐组合物。本发明还涉及通过将有效量的此类组合物施加于木材或木制品基材来控制木材或木制品上的霉菌和/或边材变色的方法。
发明详述
已经发现,当将碘代丙炔基化合物例如3-碘-2-丙炔基丁氨基甲酸酯(IPBC)与聚合甜菜碱例如二癸基双(羟乙基)硼酸铵(DPAB)组合时,它们形成的木材防腐组合物出人意料地比任一单一成分更有效对抗在木材或木制品上产生霉菌和/或边材变色的微生物。已经发现,在本发明的组合中,聚合甜菜碱和碘代丙炔基化合物以无法预料的方式相互补充。聚合甜菜碱和碘代丙炔基化合物表现出协同活性。这种意想不到的协同活性在木材和木制品的防腐方面提供了许多优势。
本发明涉及包含聚合甜菜碱或更准确地说二癸基双(羟乙基)硼酸铵(DPAB)和3-碘-2-丙炔基丁氨基甲酸酯的协同木材防腐组合物,其具有对产生霉菌和边材变色的微生物提供有效和更广泛地控制的性质。合适的聚合甜菜碱描述于例如美国专利第5,304,237号中,其全部内容通过引用并入本文。DPAB的结构式为:
Figure BDA0003496889020000031
可以通过常规方法,通过使用水或有机液体作为溶剂,将本发明的防边材变色组合物制备成溶液或乳液。优选的形式是,将聚合甜菜碱的水溶液和IPBC的有机溶剂溶液进行组合。制备本发明组合物的工艺条件在环境温度下进行。
聚合甜菜碱和IPBC的数量和比例应当取决于具体应用。通常,该木材防腐组合物,每约1-100重量份的IPBC,将含有约1-100重量份的聚合甜菜碱。更优选,每1-90、1-80、1-70、1-60、1-50或1-40重量份的IPBC,该组合物将含有约1-90、1-80、1-70、1-60、1-50或1-40重量份的聚合甜菜碱。聚合甜菜碱与IPBC的优选重量比为约30:1至约1:30,更优选20:1至1:20,甚至更优选10:1至1:10。聚合甜菜碱与IPBC的特别优选的比例为5:1至10:1重量份,即每重量份IPBC约5-10重量份聚合甜菜碱。聚合甜菜碱与IPBC的其他优选比例包括1:1、2:1至1:2、3:2至2:3、3:1至1:3、4:1至1:4、4:3至3:4、5:1至1:5、5:2至2:5、5:3-3:5、5:4至4:5、6:1至1:6、6:5至5:6、7:1至1:7、7:2至2:7、7:3至3:7、7:4至4:7、7:5至5:7、7:6至6:7、8:1至1:8、8:3至3:8、8:5至5:8、8:7至7:8、9:1至1:9、9:2至2:9、9:4至4:9、9:5至5:9、9:7至7:9、9:8至8:9、10:9至9:10、10:7至7:10以及10:3至3:10。根据本发明的其他方面,这些范围的任何上限可以与其他范围的下限组合,反之亦然。
向浓缩形式的防腐剂组合物提供约15、20、25、30、35、40或45重量百分比至约50、55、60、65、70、75或80重量百分比的溶剂,可能是有利的。根据本发明的另一方面,该组合物可以包含超过80重量百分比的溶剂,例如80-99.9、85-99.9、90-99.9、90.5-99.9、91-99.9、91.5-99.9、92-99.9、92.5-99、93-99.9或95-99.9重量百分比的溶剂。典型的溶剂包括水和/或有机溶剂,有机溶剂包括芳香族有机溶剂、极性和非极性有机溶剂以及脂肪族有机溶剂。
通常通过添加水(或另一种溶剂)将浓缩物稀释约10-200倍至工作溶液浓度。可以通过常规处理方法,例如浸渍、刷涂、喷涂、浸泡或加压,将稀释的溶液或乳液施加到木材上。
这些抗微生物混合物在长时间内提供高水平活性,在使每种成分的弱点最小化的同时提供单独成分的优势。正是这种互补活性使人们可以使用较少的杀生物剂组合来以任何单独成分都无法达到的水平实现所需的效果。
可以根据本发明使用的卤代丙炔基化合物大部分是众所周知的,并且通常可以通过以下结构来鉴别:
YC=C-CH2X
其中Y是卤素,X可以是(1)作为有机官能团的一部分的氧;(2)作为有机官能团的一部分的氮;(3)作为有机官能团的一部分的硫;或(4)作为有机官能团的一部分的碳。
氧为一部分的官能团优选为醚、酯或氨基甲酸酯基团。氮为一部分的官能团优选为胺、酰胺或氨基甲酸酯基团。硫为一部分的官能团优选为硫醇、硫化环戊烷、砜、亚砜基团。碳为一部分的有机官能团优选为酯、氨基甲酸酯或烷基。
可用作本发明的卤代丙炔基化合物的化合物实例尤其可为活性碘代丙炔基衍生物,其中一些在美国专利第3,923,870号、第4,259,350号、第4,592,773号、第4,616,004号、第4,719,227号和4,945,109号中有报道。这些碘代丙炔基衍生物包括衍生自丙炔醇或碘丙炔醇的化合物,例如酯、缩醛、氨基甲酸酯和碳酸酯,并且还包括嘧啶、噻唑啉酮、四唑、三嗪酮、磺酰胺、苯并噻唑、铵盐、甲酰胺和脲的碘代丙炔基衍生物。这些化合物中优选和最广泛使用的是卤代丙炔基氨基甲酸酯、3-碘-2-丙炔基丁氨基甲酸酯。这些化合物包括在具有通式的有用化合物类别中:
Figure BDA0003496889020000041
其中R可以具有1-3个对应于n的键,并且选自氢、具有1-20个碳原子的取代和未取代的烷基、取代和未取代的6-20个碳原子的芳基、烷基芳基和芳烷基或3-10个碳原子的环烷基和环烯基,并且m和n独立地为1-3的整数,即它们不必相同。
特别优选的是m为1、n为1且具有下式的此类卤代丙炔基氨基甲酸酯的制剂:
Figure BDA0003496889020000051
合适的R取代基包括烷基,例如甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基和十八烷基;环烷基,例如环己基;芳基、烷芳基和芳烷基,例如苯基、苄基、甲苯基和枯基;卤代烷基和芳基,例如氯丁基和氯苯基;以及烷氧基芳基,例如乙氧基苯基等。
特别优选的是如3-碘-2-丙炔基丙氨基甲酸酯、3-碘-2-丙炔基丁氨基甲酸酯、3-碘-2-丙炔基己氨基甲酸酯、3-碘-2-丙炔基环己基氨基甲酸酯、3-碘-2-丙炔基苯氨基甲酸酯及其混合物等这类碘代丙炔基氨基甲酸酯。
通常通过将活性成分以选定的比例与用于溶解或悬浮活性成分的液体载体混合或用其分散,来配制本发明的组合物。载体可以含有稀释剂、乳化剂和润湿剂。杀生物组合物的预期用途包括保护木材、木制品、新鲜锯材等。可以以液体混合物的形式,例如分散体、乳液、微乳液,或以任何其他需要的或最有用的合适产品形式,提供本发明的组合物。
当制备用于特定应用的本发明的制剂时,该组合物可能还会带有常规用于此类应用的组合物中的佐剂,例如有机粘合剂、其他杀真菌剂、辅助溶剂、加工助剂、固定剂、增塑剂、UV-稳定剂或稳定性增强剂、水溶性或水不溶性染料、彩色颜料、干燥剂、腐蚀抑制剂、抗沉降剂、抗结皮剂等。
根据本发明,简单地通过用本发明的组合物处理基材来保护所述基材免受微生物污染。这种处理可以包括将该组合物与基材混合、用该组合物涂布基材或以其他方式使基材与该组合物接触等。
为了说明和解释本发明,提出以下实施例。除非另有说明,所有对份数和百分比的提及均基于重量。
实施例1
为了显示本发明的组合物对木材变质微生物的功效,制备了以下溶液:
(A)将0.17g 60%DPAB水溶液(ProTek PBT或Polymeric Betaine EP或PolymericBetaine Technical Grade Active Ingredient Wood Preservative,Troy ChemicalCorporation,Newark,NJ)通过搅拌稀释在9.83g乙醇中,以形成含有1%DPAB的浓缩物。
(B)将0.25g 40%IPBC溶剂溶液(Polyphase AF-1,Troy Chemical Corporation,Newark,NJ)通过搅拌稀释在9.75g乙醇中,以形成含有1%IPBC的浓缩物。
(C)将21.04g 60%DPAB水溶液(ProTek PBT或Polymeric Betaine EP或Polymeric Betaine Technical Grade Active Ingredient Wood Preservative,TroyChemical Corporation,Newark,NJ)、6.25g 40%IPBC溶剂溶液(Polyphase AF-1,TroyChemical Corporation,Newark,NJ)和22.74g乙醇混合并搅拌。所得浓缩物含有25%的聚合甜菜碱和5%的IPBC。聚合甜菜碱与IPBC的重量比为5:1。将0.33g这种IPBC/聚合甜菜碱浓缩物稀释在9.67g乙醇中,以形成含有约0.83%DPAB和0.17%IPBC的实用稀释液(use-dilution)。
在96孔板中测试如上所述制备的溶液抑制真菌生长的能力。根据Rodriguez-Tudela et al.2006“Antifungal susceptibility testing in Aspergillusspp.according to EUCAST methodology.”所述的EUCAST方法来测试溶液。检查溶液对真菌生物黑曲霉(Aspergillus niger)(ATCC#6275)、出芽短梗霉(Aureobasidiumpullulans)(ATCC#9348)、绳状青霉(Penicillium funiculosum)(ATCC#11797)和拟康氏木霉(Trichoderma pseudokoningii)(ATCC#26801)的抑制作用。该方法简述如下:
(1)通过将2微升每种1%防腐溶液制剂添加到每列“1”(column“1”)中的198微升2xRPMI-MOPS-2%葡萄糖中,制备防腐测试孔,一式两份。
(2)将100微升2xRPMI-MOPS-2%葡萄糖添加到剩余的列中。
(3)沿着列向下到列“12”,进行2倍稀释。
(4)通过用1mL去离子水和0.1%Tween-20淹没3-5日龄PDA斜面,由该斜面制备微生物悬浮液。
(5)通过血细胞计数器测定悬浮液浓度,然后用无菌去离子水调节至1x106个孢子/mL。
(6)向所有孔中加入100微升微生物悬浮液,除了含有测试培养基的无菌(-)对照。将用于制备真菌悬浮液的水添加到无菌(-)对照孔中。
(7)将接种后的96孔板在35℃下孵育3天。
(8)孵育后,通过测试孔中的可视生长评估真菌的生长。最低抑菌浓度(MIC)以ppm为单位记录,并定义为在测试孔中不会产生可视的浊度变化的杀菌剂的最低浓度。
(9)仅当在阳性(+)对照孔中观察到生长而在阴性对照孔中未观察到生长时,该实验才视为有效。
对所有四种检查的微生物的有效性列于表1-4中。
Figure BDA0003496889020000071
Figure BDA0003496889020000081
Figure BDA0003496889020000091
这些测试清楚地表明,与聚合甜菜碱(DPAB)和IPBC中任一种单独采用时的处理相比,这两种成分的组合提供了出乎意料地明显更大的防边材变色生物出芽短梗霉和防霉菌生物木霉(Trichoderma sp.)的保护。
尽管已按照具体实施方案具体描述了本发明,但考虑到本公开,本领域技术人员应当理解,现在能够对本发明进行多种变化和修改,不应将这些变化和修改视为脱离了本发明的精神和范围。因此,本发明仅由下述权利要求的范围和精神广义地解释和限制。

Claims (12)

1.协同木材防腐组合物,包含聚合甜菜碱和3-碘-2-丙炔基丁氨基甲酸酯(IPBC)。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合甜菜碱包含二癸基双(羟乙基)硼酸铵(DPAB)。
3.控制在木材或木制品上产生霉菌和/或边材变色的微生物的方法,包括向木材或木制品施加有效控制所述微生物的量的权利要求1所述的组合物。
4.根据权利要求1所述的组合物,还包含水性溶剂、有机溶剂或其任何混合物。
5.根据权利要求4所述的组合物,为溶液或乳液形式。
6.根据权利要求1所述的组合物,包含所述聚合甜菜碱的水溶液和所述IPBC的有机溶液。
7.根据权利要求1所述的组合物,每约1至约10重量份的所述IPBC,包含约1至约100重量份的所述聚合甜菜碱。
8.根据权利要求7所述的组合物,每约1重量份的所述IPBC,包含约5至约10重量份的所述聚合甜菜碱。
9.根据权利要求4所述的组合物,包含约15至约80重量百分比的所述溶剂或溶剂混合物。
10.根据权利要求4所述的组合物,其中,一种或多种所述溶剂选自由水、芳香族溶剂、极性溶剂和脂肪族溶剂组成的组。
11.根据权利要求4所述的组合物,包含约91.5至约99.9重量百分比的所述溶剂或溶剂混合物。
12.根据权利要求3所述的方法,其中通过浸渍、刷涂、喷涂、浸泡或加压中的一种或多种,将所述组合物施加到所述木材或木制品上。
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