CN1291129A - 保护贴近土壤的木结构的控制释放部件 - Google Patents

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Abstract

披露了一种使用控制释放部件来防止木质物体由于受害虫侵袭而腐烂和变质的方法和部件。这种控制释放部件使用加入杀虫剂的聚合物。在所披露的方法中,控制释放部件放置在贴近木质物体的木头处。杀虫剂逐渐从部件中释放出来并被吸收到木质结构中。被木材吸收的杀虫剂产生一个阻挡或隔绝区域,以防受昆虫侵袭。控制释放部件在预定时间内在阻挡或隔绝区域中保持最低有效量的杀虫剂。

Description

保护贴近土壤的木结构的控制释放部件
发明的领域
本发明是一种由聚合物、含至少一种杀菌剂的生物活性化学品和粘结载体组成的控制释放部件(controlled release device)，该部件能有效地防止或延迟直接与土壤接触的木质物体的木头发生腐烂。本文所用的术语“生物活性”是指为了阻止通常以消极方式到包括死亡在内的方式刺激生物体。
发明的背景
保护木材以防腐烂被认为是一个自古以来就存在的问题。罗马人在建筑书本上描述道“在砍下树木后保存之，对其涂灰或涂油，处理其以防affirmities，并将其分放在房屋的合适位置上”。(参见W．C．Hayes，ed．，的“延长木杆的寿命：解决了$5×109／年的问题”，电学世界，42，41-47(1986年2月))。
在现代，对公用事业木杆(wooden utility poles)、铁路枕木和篱笆柱进行保护以免于腐烂业已成为一个重要关注的问题。发现这种木质物体的腐烂主要是由于害虫，尤其是真菌类、白蚁、锯蚁和其它侵入木材昆虫的作用所致。
由真菌类所致的腐烂是一种常见和主要的由于去除或切断纤维削弱木质物体而使木质物体变坏的原因。(参见R．A．Zabel等的在处理南方松木杆中的真菌共生体、检测和熏蒸剂控制腐烂，EPRI研究项目1471-1的最终报告EL-2768，StateUniversity of New York 1982)。尽管腐烂大部分通常发生在地平线50厘米的范围内，但含湿量高于20％并且与氧接触的木杆的任何部位都可以隐藏致腐的真菌。腐烂的第二个地方是横向枕木的交叉区域。真菌通过延伸穿过木头裂缝的单个细胞(菌丝)的微小丝状线网的方式蛀木头。菌丝将溶解纤维素并顺着木头排列的酶隐藏起来，将其转变成真菌随后用作食物的简单化学物质。在其初始阶段，腐烂对肉眼来说通常是看不见的，但它能完全摧毁大部分木头。白蚁、锯蚁和其它侵入木材昆虫钻入木头中，从而破坏其完整性和结构强度。在干燥时木材开裂会加剧害虫侵入的问题。当木材干燥至含湿量低于约30％时，它发生收缩。对木材进行干燥时，由于刚锯下木材的湿含量随离中心的距离而下降，故它会产生V-形裂缝，这就为害虫的侵入露出了附加表面。另外，对木质物体的任何保护局限于这种物体的外部表面，这样一旦产生裂缝，就不起作用。
木材腐烂问题的程度可用公用事业木杆进行说明。在美国大约有120×106根公用事业木杆投入使用，目前其中有15-20×106根需要处理以维护使用，并且每年有4-6×106根以上被损坏。电力研究所(Electric Power ResearchInstitute)(“EPRI”)的调查表明平均来说要花费$810去替换配电木杆，花费$1690去替换输电木杆。
目前可接受的保护新公用事业木杆的商业方法包括用各种有机或无机化合物对木杆下部的外层进行加压处理。一种广泛使用的防腐剂是对煤进行分解蒸馏获得的杂酚油。另一种常用于浸渍木质物体(包括公用事业木杆)的有机防腐剂是五氯苯酚(“penta”)。然而，其在美国的应用受美国环境保护机构的严格限制。木杆也可以用无机化合物如铬酸化铜砷(CCA)、砷酸氨铜(ACA)或砷酸氨铜锌(ACZA)浸渍。然而，与这些无机木材浸渍剂有关的一个问题是它们在保存木材时会渗出并快速丧失其效力。
克服公用事业木杆腐烂的一种较近代的手段是在木杆的周围包覆蛤壳式模具(clamshell mold)。蛤壳式模具从土壤表面上方约2-3英尺处延伸到土壤表面下面约2-3英尺的地方。将一种树脂混合物置于蛤壳式模具和公用事业木杆之间的环状空间内，其中树脂填充裂缝，使树脂固化和硬化。去除蛤壳式模具后，固化的树脂就支承木杆，延迟木材进一步腐烂。可以将农药或杀虫剂与树脂一起注入。然而，农药在树脂中的有效寿命比较短，并且它不容易更新。
用有机或无机防腐剂浸渍木材来进行处理中常碰到的一个问题是浸渍剂只能达到木质物体的表面层。因此，木材开裂露出未处理的表面会发生腐烂。
加压浸渍法提供从几年到通常约15年的有限的腐烂防护。而且，加压浸渍法不能施用于已安装就位的木杆。已安装就位的木杆的腐烂防护可通过周期性的检查和用熏蒸剂(若需要的话)处理加以延续，所述熏蒸剂如氯化苦(三氯硝基甲烷)、VAPAM(甲基二硫代氨基甲酸钠)、可水解成(异氰酸甲酯)或VORLEX的非挥发性固体、含有异氰酸甲酯生物活性成分的挥发性液体并结合物理增强受损木杆。业已表明这种改造性的处理能抑制Douglas枞木杆中真菌活性长达10年。(参见R．D．Graham等在EPRI报告EL-1480(Oregon State University，1980)中刊登的用挥发性化学品控制木材的生物损坏)。用熏蒸剂进行处理通常包括在地平面上朝杆的中心向下钻出一孔，将熏蒸剂倒入该孔中。物理增强受损木杆通常包括放置增强结构如金属护套、混凝土浇注的套管或相邻的支承杆。
与目前的处理和修补法有关的问题是它们在较短的时间内是有效的并且需要花钱定期进行人力密集的检查和连续不断的进一步的处理和修补。提供过量的浸渍剂或熏蒸剂并不能解决短期保护的问题。过量的这种浸渍剂或熏蒸剂很快地消失在空气和土壤中，降低了长期的效力。而且，浸渍剂或熏蒸剂的损失会引起显著的环境问题。而且，过多的浸渍剂和熏蒸剂会发生分解，这就使它们在长期的运作过程中效率低下并且在短期的运作过程中在费用上也是不合算的。由于单独使用浸渍剂或熏蒸剂所致的生物活性成分的浓度开始时远远高出有效性所需的最低量，但它随着时间的推移很快下降，快速降至低于最低有效量。
由于希望有一种长期解决害虫侵入的方法，故可以将用于控制这种侵入的杀虫剂加到控制释放部件中。“控制释放部件”是指能控制并持续从其表面上释放生物活性化学品的实物。该部件提供了一种将化学品控制释放到周围环境中的方法。释放到环境中的化学品建立了一个起作用的有效区域。
目前至少有三种控制释放包封体系，它们包括微胶囊、涂覆的颗粒和化学粘结的杀菌剂，其中杀菌剂化学粘结到聚合物上。
尽管有许多理由推荐微囊密封(它是非常通用的，能使用各种制造技术，并能降低所含材料的毒性)，但它主要是一种短期体系，所测得的寿命是几个月，而不是几年。另外，微囊密封会显著提高所封入杀菌剂的成本。而且，这种方法无法用于保护木材的其它部分。
涂覆的颗粒含有吸收在基体如粘土上的杀虫剂，然后用交联树脂包覆之，所述交联树脂能有助于减缓释放速度。在最多几星期的短时间内粘土损失或释放杀虫剂。
化学粘结的杀虫剂是通过将杀虫剂化学粘结到聚合物上制得，其方法是将杀虫剂与预制聚合物反应，或将杀虫剂结合到单体上而后交联形成聚合物。化学粘结到聚合物上的杀虫剂的量影响聚合物的完整性、强度和性能。因此，将化学粘结的杀虫剂的量限制在小于约10重量％，以保持聚合物的完整性。
日本专利J5 8039-601，JA-1983-03描述了一种抗菌剂，它放置在亲水聚合物中并制成插入树干孔中的棒状或片剂。亲水聚合物吸收来自树木的水分并溶解，从而释放出抗菌剂。这种控制释放手段在非活体的干木材中是不起作用的。事实上，它在不稳定的接触湿气的环境下是无法使用的，因为过度与湿气接触会导致溶解得太快，并且在与湿气接触时将导致释放抗菌剂的溶解不充分。
因此，对通过防止木质物体因害虫如真菌、白蚁、蚂蚁和其它侵入木材的植物群和动物群所致的腐烂和变质的长时间保存该木质物体并且与接触湿气无关的手段、方法和体系存在长期希望的并且未满足的需求。这种需求在与防止公用事业木杆、铁路枕木、篱笆柱和建筑物腐烂和变质有关的领域中尤其需要。
发明的概述
本发明涉及保护直接与土壤接触的木质物体免受害虫侵袭，所述木质物体包括，但不局限于公用事业木杆、铁路枕木和篱笆木柱。
本发明提供一种长时间防止木质物体受害虫如真菌、白蚁、蚂蚁和其它侵入木材的植物群和动物群(如昆虫)侵袭所致的腐烂和变质的部件和方法。本发明是一种可以放置在一聚合物中的粘结易碎混合物(bound friable mixture)。粘结易碎混合物可通过将含至少一种杀菌剂的生物活性化学物质与能将生物活性化学物质粘结到其中或其上的粘结载体混合而制得。粘结是指吸着作用，如吸附、吸收、化学吸着和它们的组合，其特征或与液固表面的表面张力粘合的不同之处在于对生物活性化学物质的较大保留或较慢释放。然后可以将粘结易碎混合物加到预聚物(单体或粉末聚合物)中，制成用于使用的控制释放部件。
所得控制释放部件较好是可以插到木质物体的孔中的丸状或棒状，或可以是放到基底下面或其周围的片状。可以将该部件单独施加到木材的外表面上或与内置部件组合。控制释放部件以预定的速度释放杀虫剂，从而建立起一个生物化学屏障或隔绝区域，以防害虫侵袭达预定的时间。
对于将杀虫剂从木质物体的内部向外释放的部件来说，在整个物体中保持最低有效量，从而消除与木材开裂有关的问题。而且，这种部件能防止由于在木质物体表面上或在该物体周围局部环境中杀虫剂浓度过高引起的环境和健康问题。
在一个较好的实例中，首先将杀虫剂和粘结载体混合，然后将其放到预聚物中。
按本发明的一个方面，该部件起初以高的速度，而后以较低、稳定的速度释放杀虫剂。这种释放过程确保了木质物体在较短的时间内受到保护，并且在达到最低有效量之后，仅释放替代被分解的杀虫剂所需量的杀虫剂。这种释放过程减少处理潜在环境和健康问题，并降低了处理成本。
按本发明的另一个方面，将该部件以含受控方式释放的杀虫剂的包层(coat)形式施加到木质物体的外表面上。将所述包层施加到木质物体的外表面上，并在木材的表面上和／或周围土壤中保持最低有效量的杀虫剂。
按本发明的再一个方面，将一个至少部分覆盖外部表面的部件施加到木质物体的外表上。这种支承控制释放部件的带有储器的部件提供最低有效量的杀虫剂，以保护木材结构。
按本发明的再一个目的，将该部件放在大约位于地平面上的木质物体的内部，使杀虫剂通过分子和气态扩散在侧向和纵向上输送，并主要通过木质结构和水分的毛细管作用在纵向上输送。
本发明连同附带的目的和优点将参考下述详细描述连同所附附图得到最好的理解。
附图的简要说明
图1是以单独剂量和采用本发明方法和部件施加到木质物体上的杀虫剂浓度与时间关系进行对比的示意图。
图2是说明按本发明制造的控制释放部件的位置的电话木杆顶截面的透视图。
图3是用本发明方法处理来安装本发明释放杀虫剂部件的电话木杆的透视图。
图4是说明按本发明制造的所安装的释放杀虫剂部件的图3电话木杆的透视图。
图5是将本发明释放杀虫剂的部件安装到新公用事业木杆上的过程中钻孔操作的透视图，它在部分横截面上显示出用于本发明释放杀虫剂的部件的钻孔。
图6是装在包含按本发明制造并安装的释放杀虫剂部件的铁路枕木上的铁路轨道的透视图。
图7是用按本发明实例制造的控制杀虫剂释放层包覆的公用事业木杆的底部的透视图。
图8是用按本发明实例制造的控制杀虫剂释放层覆盖其下部表面的铁路枕木的透视图。
图9是用按本发明一个实例制造的控制释放部件包裹的公用事业木杆的横截面图。
本发明的详细描述
业已发现控制害虫的寿命可通过首先将含至少一种杀菌剂的生物活性化学物质与粘结载体混合成粘结易碎混合物而极大地提高。然后将粘结易碎混合物放到一聚合物中制成侵入木材害虫控制释放部件。该聚合物可以来自单体或聚合物粉末的预成形物(preform)，而后可以将该预成形物制成丸状、棒状、条状、片状或任何适用于处置侵入木材害虫控制释放部件所需的形状。
侵入木材害虫包括，但不局限于微生物如真菌和／或霉菌；大生物，包括昆虫和蜘蛛类，如蚂蚁、白蚁、甲虫、蜘蛛；和它们的组合。
可以采用控制释放部件长时间地防止保持在土壤中的木质物体发生腐烂和变质，所述控制释放部件以预定速度将杀虫剂释放到木质物体中，使至少一部分这种物体保持高于杀虫剂所能承受的杀虫剂浓度。本发明的部件可以防止木质物体中害虫的蔓延达这种物体的预期使用寿命。例如，本发明的部件可以至少二十(20)年，较好至少五十(50)年防止害虫引起的公用事业木杆的腐烂和变质。
本发明处理木质物体的方法可用在任何木质物体上；然而，实际上，它主要用于处理贴近土壤的木质物体，该木质物体位于土壤中，与土壤接触，或充分接近害虫有机会出入木质物体的土壤。本发明尤其适用的木质物体包括：公用事业木杆、铁路枕木、木桥部件(如桥梁支承杆)、篱笆木柱等。对本领域的技术熟练者来说应明白的是，本文所用的术语“木质物体”是指由木材制成的物体，即不包括死亡的树干和树枝。术语“木质物体”并不指活着的树木。
本发明的部件可以安装在已处于土壤中和还没有置于土壤中的木质物体中。本发明在处理已受害虫侵袭和还没有受到害虫侵袭的木质物体中均是有效的。本发明部件的较好处置是安装在木质物体中，然后以受控的速度将杀虫剂释放到木头中。对部件的杀虫剂释放速度加以选择，将至少一部分木质物体保持在最低有效量。将说明书和所附权利要求书中所用的术语“最低有效量”定义为害虫所能承受的杀虫剂量。在某些应用中，创造一个害虫无法侵入的隔绝区(exclusion zone)足以保护整个物体。创造一个这种区域的优点在于此时所需的杀虫剂比若在整个物体中保持这种量时所需的杀虫剂少。而且，创造这样一个区域所需安装部件的费用通常比处理整个物体的费用低得多。最后，出于生态学和人类安全因素的考虑，创造一个害虫屏障或隔绝区域是有利的。这就是因为大部分物体不含杀虫剂。
本发明的控制释放部件较好具有如图1所示的释放速度，该速度起初是快速的，以使木质物体或整个物体中该区域的杀虫剂浓度尽可能快地达到所需的浓度量。随后，释放速度放慢，较好是刚好足以使物体或木质物体的选择区域保持高于最低有效量，以防害虫蔓延。起初的高释放速度是通过在将部件插入或插到木质物体中之前让杀虫剂从基体中释放出来实现的。释放杀虫剂的量可以通过改变插入部件之前的释放温度和时间长短而加以变化。
业已发现疏水聚合物能用作有效的杀虫剂释放部件，因为它们可以起到储器的作用并可起杀虫剂释放调节作用。它们能以这种方式起作用，因为它们将杀虫剂封在其基体中，基体用作杀虫剂的储器。而且，这些聚合物基体可以保护杀虫剂不发生分解。这样，聚合物输送体系能在部件的周围区域将有效剂量的杀虫剂保持很长一段时间。以HLB或溶解度参数来表示，含杀虫剂的聚合物的疏水性较好为小于约13。疏水性更好为小于约10，最好为小于约8。具体地说不包括水溶性和／或含有离子基团(如羧酸、磺酸)，和／或用水处理形成含水材料的聚合物。然而，本发明例如包括聚乙烯和POLYOX的共混物，其中POLYOX是水溶性环氧乙烷聚合物。然而，生物活性杀虫剂包含在疏水聚合物中。
本发明所用的杀虫剂取决于预期的害虫，而这又取决于许多因素，它们包括木材的种类、木质物体的地理位置和保持该物体的土壤。在大部分情况下，对杀虫剂加以选择以消除真菌和木头蛀虫。会产生特别问题的木头蛀虫包括锯蚁和白蚁(土壤生或干木)。若单种杀虫剂不能消除所有预期的害虫，则部件中可以加入杀虫剂的混合物，只要这些杀虫剂相互彼此之间是相容的。若杀虫剂由于释放速度不同或其它原因而不相容，则可以使用分开的本发明的处理部件。对于白蚁和／或蚂蚁，目前较好的杀虫剂是除虫菊酯，具体地说例如为七氟菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯或它们的混合物。其它较好的杀虫剂尤其包括双氧威和毒死蜱，后者以商标Chlorophos由Dow Chemical销售。
对于真菌，杀虫剂包括，但不局限于以商品名Chloropicrin销售的三-氯硝基甲烷，以商品名Vorlex销售的异硫氰酸甲酯和1，3-二氯丙烷的混合物，以商品名Vapam销售的N-甲基二硫代氨基甲酸钠，以商品名Chloronil销售的2，3，5，6-四氯-1，9-苯醌，氰氨化钙，联苯，环烷酸铜，双氯芬，毒菌锡和它们的混合物。较好的杀菌剂是联苯，双氯芬和Chloropicrin，它们都是水溶性的并可加到聚氨酯或低密度聚乙烯中。聚合物的量较好约为70重量％，杀菌剂的量约为5-30重量％，粘结载体的量约为5-30重量％。
其它例举的杀虫剂包括，但不局限于异丙胺磷，氰戊菊酯，氯氰菊酯，氯菊酯，除虫菊酯，双氧威，七氟菊酯和它们的混合物，以及它们与任何前述杀虫剂的混合物。
对用于控制释放部件的聚合物的选择取决于木杆内部或其外表面所处的条件。聚合物基体必须能承受温度和湿气的季节变化。而且，由于其裸露地与部件接触，所以用于包覆木杆的基体必须能经得起加重的条件。用于包覆的聚合物必须满足三个要求。第一，它必须粘结到木杆上，使其在处置过程中保持完整。第二，它必须为杀虫剂提供合适的扩散阻挡，使释放速度与所需的使用寿命相协调。最后，对聚合物的选择必须考虑到杀虫剂的特性。
能经受这种条件并能为杀虫剂提供所需释放速度的聚合物可以分成四类：热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物和其共聚物。作为例子并不用于限制本发明的范围来说，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚酯、聚硅氧烷、氯丁橡胶和异戊二烯聚合物和共聚物都可以在本发明中使用。
当使用合成拟除虫菊酯时，高密度聚乙烯是较好的聚合物，具体是聚乙烯MA778000。更具体地说，水溶性低并且蒸气压低(低蒸气压可在1nPa至100mPa的范围内)的拟除虫菊酯宜与高密度聚乙烯混合，所述拟除虫菊酯包括七氟菊酯(80mPa)，氯菊酯(45nPa)，氯氟氰菊酯(200nPa)，苄呋菊酯(1．5nPa)，溴氰菊酯(0．002mpa)，氯氰菊酯(0．5nPa)，苯醚氰菊酯(0．12mPa)和氟氯氰菊酯(1mpa)。最好的是氯菊酯、苯醚氰菊酯、七氟菊酯或它们的混合物，因为它们兼具有效性和从或通过聚合物的释放速度。对于水溶性较大的生物活性化学物质，可以使用聚氨酯，特别是Urethane 2200，Hytrel聚酯和低密度聚乙烯，特别是Microthene 763。水溶性生物活性化学物质包括二嗪磷、毒死蜱、双氧威、四溴氰菊酯、异硫氰酸甲酯和五氯酚。
另外，较好的是加入填料和／或粘结载体，使聚合物的装填最佳化。这种物质的加入能让较多量的杀虫剂装填到所需的聚合物中，同时有助于聚合物的释放速度。粘结载体包括碳、羟基磷灰石、氧化铝、氧化硅铝(silicoalumina)和它们的混合物。碳可以是活性炭、炭黑或它们混合物的形式。炭黑是较好的粘结载体。更具体地说，Vulcan XC-72是较好的，因为与其它炭黑相比，Vulcan XC-72的吸附能力较强。对于在室温下是液体的生物活性化学物质，例如二嗪磷(杀虫剂)和环烷酸铜(杀菌剂)，羟基磷灰石是较好的粘结载体。
对于高密度聚乙烯，高密度聚乙烯的适宜量约为70重量％，低蒸气压的生物活性化学物质的量约为10重量％，粘结载体的量约为20重量％。对于低密度聚乙烯、聚酯、聚氨酯，塑料的适宜量约为65重量％，水溶性生物活性化学物质的量约为15重量％，载体的量约为0-25重量％。对于所有的组合，生物活性化学物质的量约为5-30重量％，粘结载体的量约为0-25重量％。
当加入粘结载体时，业已发现简单地加入粘结载体与杀虫剂和预聚物混合会使控制释放部件的成形性变差，并且使杀虫剂蒸发。因此，较好的做法是首先将杀虫剂与粘结载体混合成粘结易碎混合物，宣使杀虫剂粘结到粘结载体的表面上或进入粘结载体的整个体积中或两种情况都有。然后将杀虫剂和粘结载体的粘结易碎混合物加到聚合物中。在随后形成聚合物的过程中使粘结的杀虫剂延迟或防止蒸发。
杀虫剂最好是液体形式的杀虫剂与载体混合。某些杀虫剂在室温下是液体的形式，其它一些杀虫剂在室温下是固体或接近固体的形式。因此，必须加热杀虫剂以确保与粘结载体混合时的液体形式。对于熔融温度高的固体形式的杀虫剂，例如杀菌剂多菌灵，与粘结载体混合的固体形式较好是粉末状或颗粒状。杀虫剂可以糊料的形式与粘结载体混合。
在另一个实例中，制造具有两个部件的控制释放部件，即内部件被外部件所包围。内部件包含杀虫剂和粘结载体的混合物，而外部件，即疏水聚合物包封内部件。外部件也可以包含杀虫剂和与内部件相同或不同的粘结载体。
内部件宜包含约60重量％的杀虫剂，30重量％的粘结载体和10重量％的聚合物，各成分的含量范围可以是约5-70重量％的杀虫剂，约10-95重量％的粘结载体和约0-85重量％的聚合物。
控制释放部件的形式包括片状、棒状、丸状和包括棒状或丸状内部件和外部件的两部件结构，和／或多层片，其中一层片包含杀虫剂或杀虫剂和粘结载体，并加入另一层片以防止杀虫剂暴露在光下发生光降解。
当控制释放部件插到木质物体中时，必须将杀虫剂装填到聚合物中达足够量，以保持“最低有效量”。较好的是，以重量份计，将聚合物的浓度保持约50-80，将杀虫剂的浓度保持约5-30，并将粘结载体的浓度保持约5-20。通过这样装填聚合物，可以将最低有效量至少保持七(7)年。如图1所示的浓度曲线，聚合物控制释放部件所保持的最低有效量杀虫剂的时间比单独施用法所保持的长得多。
本发明的部件可以具有任何物理形状。若将部件插入木质物体的内部，则其宜具有部件的形状，以与空腔贴合。在土纺织品(geotextile)、罐、罐外盖和带上的片、套筒、多层片、丸料、圆点仅是可以实现本发明的几种形状。
在某些情况下，宜将液体或凝胶形式的部件加到木头中，一旦将该部件加入，其可以固化或不固化。例如，可以将杀虫剂加到熔融的聚合物中，然后将其以熔融状态注入木质物体的空腔内。随后聚合物固化，形成一个紧密贴合在空腔内的固体部件。类似地，可以将在熔融聚合物中的杀虫剂展涂在木质物体的表面上，使其固化，形成一个如图3所示的包围在木质物体部分周围的部件。
对于公用事业木杆，如图2-5所示，宜将作控制释放部件用的部件插到靠近木杆的中心处，使杀虫剂通过扩散作用向外输送并通过木材结构的毛细管作用纵向输送。一旦插入，必须密封进入木杆的开口(在附图中未图示)。所用的密封较好是能为杀虫剂提供扩散阻挡。由于通常通过在木质物体中钻孔而在其中产生空腔，故一般如图2-4所示本发明的部件通常是管状的。该管状部件的直径可以是从线尺寸(thread size)至几英尺的任何直径，但它较好约为0．5-2英寸。其长度可以是任何长度，但它较好是不会超出木质物体的长度。对于纵向插入置于地面以下的木杆部分中的部件，该部件的长度较好大致上与木杆延伸到地面以下的距离相适应。
图2说明了本发明的一个实例。该图图示了控制释放部件51已插入靠近公用事业木杆12的顶部。
图3说明了处理已有的公用事业木杆11的过程。在此图中，工人用钻孔机40对木杆11的下部钻孔。在钻孔机40向下推入木杆11时，在木杆11的周围放置套环30以固定之。图4说明了带有插入的控制释放部件50的图3制成的木杆11。
图5说明了新的公用事业木杆10的钻孔操作。使用钻孔机20在木杆10中钻出孔30，从而为控制释放部件提供一储器。
图6说明了铁路横向枕木72，其中宜将控制释放部件52插入靠近枕木72的中心处。较好的施用方式包括能在铁轨90上移动的机械装置，将控制释放部件52插到横向枕木72中。机械装置可以采用许多钻孔机，以便在横向枕木72上钻出多个孔。
在本发明的另一个实例中，使聚合物处于与木质物体的外表面相接触。这个实例提供了对木材的直接保护。该实例在木材的表面上保持最低有效量的杀虫剂，并且若与土壤接触的话，则在土壤的周围保持最低有效量的杀虫剂。较好的是，以重量份计，聚合物的浓度约为50-80，杀虫剂的浓度约为50-80，更好约为10-30，粘结载体的浓度约为10-20。通过这样装填聚合物，可以将最低有效量至少保持七(7)年。然而，应明白的是这些浓度可由使用者按所需的结果加以改变。
图7和8描绘了提供外部接触的方式。在图7中，将包层60施加到木杆12上。类似地，将包层61施加到铁路横向枕木70的底部。施加这些包层60、61，以便在插入芯中的杀虫剂通过木材扩散到木质物体外表面之前保护木质结构。包层能提供直接最低有效量的杀虫剂。视施用的地方，也可以在接近土壤或结构处放置这种最低有效量的杀虫剂。图7和8都说明了与表面土壤71紧密接触的木材(木杆11或横向枕木70)。
在另一个提供外部接触的实例(图9)中，可以使用支撑控制释放部件53的带储器120的部件110来施加杀虫剂的保护外层。将部件110成形为部分包覆木质物体130的环状物。作为施加的包层，环状物110可以按使用者的喜好置于木质物体上。本发明的包层和环状物实例通过举例来加以说明，它们并不限制本发明的范围。
杀虫剂可以通过几种机理渗入木质物体中。首先，若使用极性、水溶性的杀虫剂并且木材包含足够的水分，则可以通过木质结构的毛细管作用来输送杀虫剂。其次，在25℃时的蒸气压约为1mmHg的杀虫剂经气态扩散较快地扩散通过多孔分子木质结构。在约4至6个月的时间内，这种杀虫剂从电话木杆的中心扩散到其外围处。蒸气压等于或小于约1的杀虫剂扩散得较慢，而那些蒸气压小于约0．1mmHg的杀虫剂则不能有效地扩散通过木材。
如上所述，控制释放部件可以放置在木质结构各种位置的外部和／或内部。若放置在地平面以上，则杀虫剂通过分子和气态扩散在侧向和纵向上输送，并通过木质结构和水分的毛细管作用在纵向上输送。若放置在地平面上或大致在地平面上，则也可以在土壤中或木质结构周围的表面上保持最低有效量。
实施例1
制造下述控制释放部件并进行测试以获得其释放速度(表1)。按下述方法制造该部件。除了那些使用S-113聚氨酯的部件外，将所有的部件都注塑成约1／8英寸厚的薄片。使用S-113聚氨酯的部件是特例，一种典型的用于热固性聚合物的方法。使用足量的用于负载杀虫剂的炭黑来制造所有的热塑性塑料。所有的热塑性聚合物都用10％的杀虫剂、3或7％吸收液体杀虫剂的炭黑和87-83重量％的聚合物来制造。具体地说，由热塑性聚合物和溴氰菊酯以及氯氟氰菊酯制成的部件包含3％的炭黑。由其余的杀虫剂和热塑性聚合物制成的部件包含7％的炭黑。
由S-113聚氨酯(一种热固性聚合物)制成的部件从含60重量％S-113、40重量％蓖麻油和5重量％TIPA催化剂的聚合物混合物制得。聚合物混合物占部件总重量的90％。杀虫剂，即溴氰菊酯构成了部件剩余的10％。在此部件中不使用炭黑。将聚合物／杀虫剂混合物铸塑成1／8英寸厚的片，在约60℃时加热约40-60分钟，以固化铸塑片。
然后从注塑或铸塑的薄片上切下1英寸的方块，测试该正方形块的释放速度，结果列于表1中。
表1-杀虫剂／聚合物混合物的释放速度
Figure 9881395000181
实施例2
所制得的片状控制释放部件包含10重量％的杀虫剂，10重量％的粘结载体和80重量％的高密度聚乙烯(聚乙烯MA 778-000)。寿命与片厚的关系列于表2中。
表2-释放速度和寿命与片厚和温度的关系
Figure 9881395000191
与表1和2相比，由于添加附加层，如加入敷金属的聚酯薄膜或偏氯纶来防止光降解，使释放速度明显下降。
实施例3
制造内部件被外部件包围或包封的部件，该部件的总质量约为100克。内部件包含60重量％的杀虫剂和40重量％的粘结载体。外部件是高密度聚乙烯，其厚度为120密耳。释放速度列于表3中。
表3-包封的两部件结构的释放速度
杀虫剂 在23℃时的释放的速度(μg／cm2／天) 在23℃时的寿命(年) 在35℃时的寿命(年)
氯菊酯 16 68 38
七氟菊酯 31 35 18
二嗪磷 28 39 24
联苯 35 31 23
双氯芬 24 56 28
实施例4
制造质量约为100克并且表面积约为150cm2的丸料。聚合物是70重量％的高密度聚乙烯与20重量％的杀虫剂和10重量％的粘结载体。释放速度列于表4中。将表4与表3相比，可以明显看出与丸料相比，包封的两部件结构能提供更长的寿命。
表4-来自丸料的释放速度
杀虫剂 在23℃时的释放速度(μg／cm2／天) 在23℃时的寿命(年) 在35℃时的寿命(年)
氯菊酯 12 30 14
七氟菊酯 11 33 16
二嗪磷 45 8.1 5.1
联苯 16 22 11
双氯芬 11 33 16
实施例5
进行试验以说明粘结载体对释放速度的影响。生物活性化学物质是量为5重量％的七氟菊酯和氯氟氰菊酯，粘结载体是量为0重量％和10重量％的炭黑，以及余量的高密度聚乙烯(MA 778-000)。在制造后的6星期时测量释放速度，其中每星期擦拭样品，以除去表面积累的释放出来的生物活性化学物质。结果列于表5中。
表5-0重量％和10重量％炭黑的释放速度
生物活性化学物质 炭黑(重量％) 释放速度(μg／cm2／天)
七氟菊酯 0 3.13
七氟菊酯 10 0.71
氯氟氰菊酯 0 1.78
氯氟氰菊酯 10 0.81
氯氟氰菊酯 20 0.61
结束语
显而易见的是可以对上述实例作出各种改变和改进。因此，想要说明的是上述描述被认为是举例而非限制，并且应明白的是下述权利要求书(包括所有等同内容)用于限定本发明。

Claims (43)

1．一种粘结易碎混合物，包含：
(a)生物活性化学物质；它与下述(b)粘结
(b)选自炭黑、活性炭、氧化铝、羟基磷灰石、氧化硅铝和它们混合物的粘结载体。
2．一种用于防止侵入木材害虫的控制释放部件，包含：
(a)如权利要求1所述的粘结易碎混合物；它在下述(b)中
(b)聚合物。
3．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述生物活性化学物质在25℃时的蒸气压大于约0．1mmHg。
4．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述聚合物的量约为50-90重量份，所述粘结易碎混合物的量约为10-50重量份，所提供的生物活性化学物质的释放速度约为0．4-40μg／cm2／天。
5．如权利要求1所述的控制释放部件，其中所述生物活性化学物质是含至少一种杀菌剂的杀虫剂。
6．如权利要求5所述的控制释放部件，其中所述杀菌剂选自三-氯硝基甲烷，异硫氰酸甲酯和1，3-二氯丙烷，N-甲基二硫代氨基甲酸钠，2，3，5，6-四氯-1，9-苯醌，氰氨化钙，联苯，环烷酸铜，双氯芬，毒菌锡和它们的混合物。
7．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述粘结载体选自炭黑、活性炭和它们的混合物。
8．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述粘结载体的量约为10-20重量份。
9．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述聚合物是疏水的。
10．如权利要求2所述的控制释放部件，其中所述粘结易碎混合物包裹在所述聚合物中。
11．如权利要求10所述的控制释放部件，其中包裹是一种用所述疏水聚合物作为外部件包封或包围所述作为内部件的粘结易碎混合物。
12．如权利要求11所述的控制释放部件，其中包裹是所述粘结易碎混合物的整体在所述疏水聚合物中，所述疏水聚合物是交联或固化的。
13．如权利要求12所述的控制释放部件，它是棒状、丸状、带状或片状。
14．如权利要求13所述的控制释放部件，其中所述片还包含用于延迟或防止所述杀虫剂发生光降解的第二层片。
15．如权利要求14所述的控制释放部件，其中所述第二层片是选自敷金属的聚酯薄膜、偏氯纶或它们混合物的聚合物。
16．如权利要求1所述的控制释放部件，其中所述生物活性化学物质是杀虫剂。
17．如权利要求1所述的控制释放部件，其中所述杀虫剂选自拟除虫菊酯、异丙胺磷、氰戊菊酯、水溶性生物活性化学物质和它们的混合物。
18．如权利要求17所述的控制释放部件，其中所述拟除虫菊酯选自七氟菊酯，氯菊酯，氯氟氰菊酯，苄呋菊酯，溴氰菊酯，氯氰菊酯，苯醚氰菊酯、氟氯氰菊酯和它们的混合物。
19．一种制造用于延迟或防止木质物体受侵入木材害虫的侵害而腐烂或变质的控制释放部件的方法，该方法包括下述步骤：
(a)将杀菌剂与粘结载体混合，其中在粘结易碎混合物中杀菌剂粘结到粘结载体上，然后
(b)将粘结易碎混合物与聚合物组合在一起。
20．如权利要求19所述的方法，其中杀虫剂是液体的形式。
21．如权利要求19所述的方法，其中所述组合是将粘结易碎混合物与预聚物混合，而后在聚合或固化时形成所述疏水聚合物。
22．如权利要求19所述的方法，其中所述组合是将所述粘结易碎混合物作为内部件包入所述疏水聚合物的外部件中。
23．如权利要求19所述的方法，其中所述聚合物是疏水聚合物。
24．如权利要求23所述的方法，其中所述疏水聚合物选自热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物和其共聚物。
25．如权利要求23所述的方法，其中所述疏水聚合物选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚酯、聚硅氧烷、氯丁橡胶、异戊二烯聚合物和其混合物。
26．如权利要求19所述的方法，其中所述杀菌剂具有低的蒸气压。
27．如权利要求19所述的方法，其中将所述低蒸气压的杀虫剂与高密度预聚物混合。
28．如权利要求27所述的方法，其中所述高密度预聚物选自高密度聚乙烯。
29．如权利要求19所述的方法，其中所述杀菌剂是水溶性的。
30．如权利要求29所述的方法，其中将所述杀菌剂与低密度预聚物混合。
31．如权利要求29所述的方法，其中所述低密度预聚物选自聚氨酯、聚酯、低密度聚乙烯和它们的混合物。
32．如权利要求19所述的方法，其中所述杀菌剂选自以商品名Chloropicrin销售的三-氯硝基甲烷，以商品名Vorlex销售的异硫氰酸甲酯和1，3-二氯丙烷的混合物，以商品名Vapam销售的N-甲基二硫代氨基甲酸钠，以商品名Chloronil销售的2，3，5，6-四氯-1，9-苯醌，氰氨化钙，联苯，环烷酸铜，双氯芬，毒菌锡和它们的混合物。
33．如权利要求19所述的方法，其中所述杀菌剂选自联苯、双氯芬、Chlorpicrin和它们的混合物。
34．如权利要求19所述的方法，其中所述粘结载体在与所述生物活性化学物质混合前被干燥。
35．一种防止或延迟木质物体受侵入木材害虫的侵害而腐烂和变质的方法，它包括下述步骤：
(a)制造如权利要求15所述的控制释放部件，其释放速度至少约为0．4μg／cm2／天；
(b)在木质物体中产生空腔；
(c)将控制释放部件插入空腔内，密封空腔；和
(d)使杀虫剂从所述控制释放部件的表面蒸发，扩散到木质物体的分子木质结构中，从而在木质物体中产生一个隔绝区域，所述木质物体的杀虫剂浓度高于防止害虫入侵所述隔绝区域的最低有效浓度。
36．一种防止由于害虫侵入所致的与土壤接触的木质物体腐烂和变质的方法，它包括下述步骤：
(a)将包含至少一种杀菌剂的杀虫剂，所述杀虫剂是液体形式，与
(b)粘结载体混合，制成粘结易碎混合物，
(c)将粘结易碎混合物与聚合物组合在一起，从而制成控制释放部件，杀虫剂的浓度足以提供通过所述聚合物的预定释放速度，并足以为在预定时间内防止害虫侵入提供最低有效量；和
(d)将控制释放部件放在贴近木质物体处。
37．如权利要求36所述的方法，其中控制释放部件起初以高的速度和随后以较低、稳态速度释放杀虫剂。
38．如权利要求36所述的方法，其中在整个木质结构中保持最低有效量。
39．如权利要求36所述的方法，其中在木质结构区域保持最低有效量。
40．如权利要求36所述的方法，其中聚合物选自热固性聚合物、热塑性聚合物、弹性体聚合物和它们的共聚物。
41．如权利要求36所述的方法，其中贴近是位于所述木质物体中。
42．如权利要求36所述的方法，其中贴近是在所述木质物体的外部表面上。
43．如权利要求36所述的方法，其中贴近是与所述木质物体碰到或物理接触。
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