JP2018522762A - 処理済み多孔質材料 - Google Patents

Abstract

本開示は、複数の孔を画定する多孔質構造を有するセルロース系材料を含む、処理済みセルロース系材料を説明し、該孔の少なくとも一部分は、エポキシ樹脂と、アクリルラテックスと、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤との反応生成物を含む、処理剤を含有する。本開示は、処理済みセルロース系材料を調製するための方法を更に説明し、セルロース系材料を提供することと、セルロース系材料に水性分散液を含浸させることを含む第１の処理プロトコルと、を含み、水性分散液は、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む。

Description

多孔質材料、例えばセルロース系材料は、セルロース系材料の物理的特性を維持するのを補助するために、黴の発生、病害虫、腐敗、及び水の含浸から保護する必要がある。かかるセルロース系材料の一例は、木材である。セルロース系材料を保存するための様々な処理剤及び保存方法が知られている。

現代の保存方法は典型的に、処理剤を伴ってセルロース系材料を圧力処理することを含む。圧力処理は典型的に、処理剤がセルロース系材料の多孔質構造全体をとおして浸透することを可能にする。処理剤は典型的に、セルロース系材料に所望の物理的特性を与えるように選択された化学化合物である。例えば、耐水性を付加し、かつセルロース系材料の寸法安定性を改善する処理剤は、関心対象である。木材は、水中でその重量の１００％と同じ量を吸収することができ、これにより木材は膨張し、蒸発により水分を失った後、木材は収縮する。この水吸収／蒸発プロセスは不均一であり、木材内で内部ストレスを創出し、割裂、歪み、反り、曲り、ねじれ、巾反り等をもたらす。また、水はセルロース系材料を劣化させる昆虫または真菌類等の生物の経路として働き得る。

シロアリは、木材損傷に関与する最も有意な昆虫群の１つである。シロアリの損傷を軽減するために、自然に耐久性のある木材種、保存剤処理、及び工学木材製品の使用が、用いられている。しかしながら、シロアリ抵抗性のための改善された技術に対する必要性が、耐久性木材の制限された利用可能性、効率性を提供するために必要とされる保存剤の高い割合の重量増加、及び工学木材の「不自然な」外観に起因して、望ましい。シロアリ抵抗性及び寸法安定性を木材に提供する技術が、極めて望ましい。

昆虫を忌避するか、または真菌類／黴の形成を最小限にするか、またはセルロース系材料の全体的な耐久性を改善する処理剤が、関心対象である。更に、処理剤は、耐風性、紫外線放射抵抗性、高温安定性及び低温安定性、病害虫抵抗性、防黴性、耐火性、及びセルロース系材料の物理的特性に影響し得る他の問題を改善することができる。

セルロース系材料用の改善された処理剤が所望されている。

一例において、本開示は、複数の孔を画定する多孔質構造を有するセルロース系材料を含む、処理済みセルロース系材料を説明し、該孔の少なくとも一部分は、エポキシ樹脂と、アクリルラテックスと、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤との反応生成物を含む、処理剤を含有する。

一例において、本開示は、処理済みセルロース系材料を調製するための方法を更に説明し、セルロース系材料を提供することと、セルロース系材料に水性分散液を含浸させることを含む第１の処理プロトコルと、を含み、水性分散液は、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む。

本明細書で使用される場合、「多孔質材料」という用語は、孔または他の通路を通って流体が通過移動することができるように浸透性である材料を指す。多孔質材料の例としては、セルロース系材料、石、コンクリート、セラミック、及びこれらの派生物が挙げられる。本明細書で使用される場合、「セルロース系材料」という用語は、構造的構成要素としてセルロースを含む材料を指す。セルロース系材料の例として、木材、紙、織物、縄、削片板、ならびに他の生物材料及び合成材料が挙げられる。本明細書で使用される場合、「木材」という用語は、無垢材及び全ての木材複合材料、例えば、合板、工学木材製品などを含む。セルロース系材料は一般的に、複数の孔を画定する多孔質構造を有する。

「処理済みセルロース系材料」は、セルロース系材料の特性を改質するために処理剤で処理されたセルロース系材料である。処理剤により改質される特性として、疎水性、寸法安定性、耐真菌性、防黴性、害虫抵抗性、硬度、表面の外観、紫外線安定性、耐火性、及び塗装性の増大が挙げられ得るが、これらに限定されない。水分の吸収及び蒸発速度を低減させ、これにより膨張及び収縮の内部ストレスを低減させることにより、セルロース系材料の疎水性を増大させると、他の付随的な利益を提供することができる。

「処理剤」は、セルロース系材料と混合された場合、セルロース系材料の特性を改質する物質である。一例において、処理剤は、エポキシ樹脂と、アクリルラテックスと、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤との反応生成物を含む。エポキシ樹脂と、アクリルラテックスと、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤とは、「処理剤への前駆体」と総称される。処理剤への前駆体は、セルロース系材料に導入される。一例において、処理剤への前駆体は、１つ以上の分散液中でセルロース系材料に導入される。セルロース系材料に分散液を適用する１つの方法は、圧力処理を使用した含浸による。はけ塗り塗装、コーティング、噴霧、浸漬、液浸、及び押出し等の分散液を適用する他の方法が、既知である。一旦適用されると、分散液は、セルロース系材料の孔の少なくとも一部分に浸透する。

一例において、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、フタル酸のジグリシジルエステル、１，４−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、１，３−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸のジグリシジルエステル、ノボラック樹脂、またはこれらの組み合わせを含む。一例において、アクリルラテックスは、（メタ）アクリレートモノマーから調製される。本明細書で使用される場合、「（メタ）アクリレート」という句は、アクリレート、メタクリレート、及びこれらの混合物を意味する。一例において、（メタ）アクリレートモノマーは、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、及び２−エチルヘキシルメタクリレート、ホスホエチ（ｐｈｏｓｐｈｏｅｔｈｙ）メタクリレート、ならびにこれらの組み合わせを含む。一例において、アクリルラテックスは、モノマーのうちの１つが疎水性である、コポリマーを含む。一例において、アクリルラテックスは、モノマーのうちの１つが親水性である、コポリマーを含む。一例において、アクリルラテックスは、１つ以上の疎水性モノマー及び１つ以上の親水性モノマーを含有する、コポリマーを含む。一例において、疎水性モノマーは、（メタ）アクリレートモノマー、例えば、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、またはブチルメタクリレートである。一例において、疎水性モノマーは、スチレンモノマーである。一例において、親水性モノマーは、（メタ）アクリル酸モノマーである。一例において、アクリルラテックスは、（メタ）アクリル酸／スチレンコポリマーを含む。一例において、アクリルラテックスは、（メタ）アクリル酸／（メタ）アクリレートコポリマーを含む。一例において、アクリルラテックスは、（メタ）アクリレート／スチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーを含む。一例において、コポリマーは、１０重量パーセント以上のアクリル酸を含む。一例において、アクリルラテックスは、アクリル酸の誘導体である１つ以上のモノマーから形成される。一例において、アクリルラテックスは、スチレンの誘導体である１つ以上のモノマーから形成される。ポリ（メタ）アクリレート／スチレンコポリマーにおける使用に好適なスチレン及びスチレン誘導体モノマーの例としては、２−メチルスチレン、４−メチルスチレン、４−ｔ−ブチルスチレン、ジビニルベンゼン、スチレン、４−ｔ−ブトキシスチレン、４−ニトロスチレン、及び４−ビニル安息香酸が挙げられる。一例において、アクリルラテックスは、オキシラン基（及び、存在する場合、エステル基）と十分に非反応性である、親水性基と称される、抗凝集性官能基を含有することを更に特徴とし、そのため、ラテックス粒子は、６０℃で１０日間、熱エージング安定性である。「６０℃で１０日間、熱エージング安定性」という用語は、６０℃で１０日間安定性の熱エージングに供されたラテックスの粒径が、かかる熱エージング試験前の粒径を３０％超上回って増加しないことを意味するために使用される。抗凝集性官能基は、抗凝集性官能基を含有するモノマー（抗凝集性モノマー）を使用して、アクリルラテックスに組み込むことができるが、グラフト化によってかかる基を組み込むこともまた可能であろう。抗凝集性基は、それらが、親水性であり、かつ熱エージング条件下でオキシラン基と非反応性であることから、効果的であると考えられる。かかる基の一般的な部類としては、アミド基、アセトアセトキシ基、及びｐＨ調整されてそれらの共役塩基を形成する強プロトン酸が挙げられる。一例において、抗凝集性官能基は、アクリルアミド；アセトアセトキシエチルメタクリレート；アセトアセトキシエチルメタクリレートエナミン；ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム；２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸もしくはその塩；またはホスホエチ（ｐｈｏｓｐｈｏｅｔｈｙ）メタクリレートもしくはその塩、またはこれらの組み合わせの官能基である。

一例において、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスは、アクリルエポキシハイブリッド（ＡＥＨ）水性分散液として提供される。例えば、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＭａｉｎｃｏｔｅ（商標）ＡＥＨ−１０は、スチレンアクリルラテックスと、３０％ビスフェノールＡエポキシ樹脂とのハイブリッド水分散液である。一例において、ＡＥＨは、４０〜６０パーセントの固体を含有する分散液である。一例において、ＡＥＨの固体のうちの３０〜４０パーセントは、エポキシ樹脂を含む。一例において、ＡＥＨの固体のうちの６０〜７０パーセントは、アクリルラテックスを含む。

一例において、カルボキシル化硬化剤は、中和されたオレフィン−カルボン酸コポリマーであり、これは、オレフィン−カルボン酸コポリマーと、アンモニア、アミン、または塩基との反応生成物である。一例において、オレフィン−カルボン酸コポリマーは、エチレン、プロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、ブタジエン、スチレン、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、またはこれらの混合物を含む群から選択されるモノマーを含む。一例において、スチレンアクリル酸分散液、例えば、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＯｒｏｔａｎ（商標）ＣＡ−２００５が好適である。本明細書で使用される場合、極性オレフィンポリマーは、１つ以上の極性基を含有するオレフィン（コ）ポリマーである。例示的な実施形態では、ポリマーは、例えば、コモノマーまたはグラフト化モノマーのいずれかとして極性基を有する、１つ以上の極性ポリオレフィンを含んでよい。極性基の例として、カルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル、カルボン酸塩、及びカルボン酸アミドが挙げられる。ある実施形態では、極性オレフィンポリマーは、オレフィン−カルボン酸コポリマーである。例示的な極性ポリオレフィンとして、エチレン／アクリル酸（ＥＡＡ）及びエチレン／メタクリル酸（ＥＭＡＡ）コポリマー、例えばＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている商標ＰＲＩＭＡＣＯＲ（商標）、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓから市販されているＮＵＣＲＥＬ（商標）、及びＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＥＳＣＯＲ（商標）として入手可能なものが挙げられるが、これらに限定されない。また、例示的なコポリマーとして、エチレン／無水マレイン酸コポリマー、例えば商標ＡＭＰＬＩＦＹ（商標）ＧＲとしてＴｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているものが挙げられる。例示的なコポリマーとして、エチレン／無水マレイン酸及びプロピレン／無水マレイン酸コポリマー、例えば商標ＬＩＣＯＣＥＮＥ（商標）としてＣｌａｒｉａｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｔｄ．から市販されているものが更に挙げられる。他の例示的なオレフィン−カルボン酸コポリマーとしては、エチレン／酢酸ビニルコポリマー、エチレン／エチルアクリレート（ＥＥＡ）コポリマー、エチレン／メチルメタクリレート（ＥＭＭＡ）コポリマー、及びエチレンブチルアクリレート（ＥＢＡ）コポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。他のオレフィン−カルボン酸コポリマーも、使用されてもよい。エステルもしくは無水物官能基を有するコポリマーを、カルボン酸に変換することができる。当業者は、いくつかの他の有用なオレフィン−カルボン酸コポリマーも使用してよいことを認識するであろう。一実施形態では、極性オレフィンポリマーは、エチレン／アクリル酸（ＥＡＡ）コポリマー、エチレン／メタクリル酸コポリマー（ＥＭＡＡ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される極性ポリオレフィンを含んでよい。一例において、オレフィン−カルボン酸コポリマーは、エチレン／（メタ）アクリル酸コポリマーを単独で、または他のポリマーもしくはコポリマーとの混合物で含む。ポリマーのカルボン酸部分は、少なくとも部分的に安定した水性分散液を形成するために、中和剤で中和される。本明細書で使用される場合、中和剤は、カルボン酸との反応が可能性として塩の形成をもたらし得る任意の材料である。一例において、中和剤は、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、またはこれらの有機誘導体（アミンを含む）から選択される。一例において、中和剤は、強塩基または弱塩基である。例えば、中和剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはアンモニアもしくはアミン、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、もしくはジメチルアミノエタノール（ＤＭＥＡ）であってよい。ＢＹＫ ＵＳＡ Ｉｎｃ．から入手可能なＡＱＵＡＣＥＲ（商標）８８０４は、中和されたＥＡＡ分散液の一例である。安定した分散液は、セルロース系材料の孔を浸透するのに好適な分散液である。中和剤は、ポリマーのカルボン酸基の少なくとも一部を中和する。本明細書で使用される場合、カルボン酸基の中和は、カルボン酸基の水素が移行される任意の反応を指す。一例において、ポリマーのカルボン酸基の５〜１００モル％が中和剤により中和される。別の例において、カルボン酸基の１０〜８０モル％が中和剤により中和される。更に別の例において、カルボン酸基の２０〜７０モル％が中和剤により中和される。

上に記載されるように、処理剤への前駆体は、１つ以上の分散液中でセルロース系材料に導入される。分散液（複数可）は、好ましくは、水性分散液（複数可）である。一例において、処理済みセルロース系材料は、セルロース系材料に水性分散液を含浸させることを含む、第１の処理プロトコルで処理され、水性分散液は、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む。一例において、処理済みセルロース系材料は、セルロース系材料に改質剤を含浸させることを含む、第２の処理プロトコルで処理され、改質剤は、以下で更に詳細に説明されるように、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤を含む。水性分散液は、好ましくは、安定した分散液である。安定した分散液は、一旦形成されると、経時的なその特性における変化に抵抗する分散液であり、したがって、セルロース系材料の孔に浸透するのに好適である。一例において、分散液は、実質的に溶媒不含であり、例えば、１体積％未満の溶媒を有する。一例において、水性分散液は、０．１体積％未満の溶媒を有する。一例において、分散液は、溶媒不含である。

分散液（複数可）は、分散液中の懸濁された粒子の粒径が、セルロース系材料全体にわたる分布のためにセルロース系材料の孔に浸透するのに好適であるように調製される。一例において、分散液は、１つ以上の添加剤も含む。一例において、安定した水性分散液に存在するいかなる固体も、安定した懸濁液中で保持され、分散液によってセルロース系材料の孔に輸送可能である。一例において、分散液の固体含有量は、１〜７５重量パーセントである。

「改質剤」は、エポキシ樹脂と組み合わされるとき、エポキシ樹脂の少なくとも一部分を重合及び／または架橋及び／または硬化させる物質である。本明細書で使用される場合、改質剤は、処理剤への前駆体の要素であるが、本明細書に説明されるように、一例において、改質剤は、処理剤への前駆体の残りの要素とは別個の処理プロトコルにおいて、セルロース系材料に導入される。改質剤は、好ましくは、エポキシ樹脂を硬化及び／または架橋させることが既知である薬剤である。一例において、改質剤は、カルボキシル化硬化剤である。一例において、改質剤は、アミン硬化剤である。一例において、改質剤は、硬化促進剤である。一例において、改質剤は、中和されたオレフィン−カルボン酸コポリマーであり、これは、オレフィン−カルボン酸コポリマーと、アンモニア、アミン、または塩基との反応生成物である。中和されたオレフィン−カルボン酸コポリマーは、本明細書に説明されるとおりである。アミン硬化剤の例としては、アミン硬化剤を含み、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレン−ペンタミン，２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレン−ジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、１−エチル−１，３−プロパンジアミン、ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、Ｎ，Ｎ−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、２，４トルエンジアミン、２，６−トルエン−ジアミン、１，２ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１，２−ジアミノ−４−エチル−シクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１−シクロヘキシル−３，４−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ノルボランジアミン（ｎｏｒｂｏｒａｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノ−ジシクロヘキシルメタン、４，４’ジアミノジシクロヘキシル−プロパン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン，３−アミノ−１−シクロヘキサン−アミノ−プロパン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリアミドアミン、ならびにポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を含む。

処理剤は、セルロース系材料と組み合わされる。一例において、処理剤への前駆体は、本明細書で説明されるように、圧力処理によって、セルロース系材料に導入される。別の例において、処理剤への前駆体は、当該技術分野で既知の他の技術、例えば、はけ塗り塗装、コーティング、浸漬、液浸、噴霧、及び押出しによって、セルロース系材料に導入される。処理剤への前駆体は、セルロース系材料の孔の少なくとも一部分に含浸し、それによって、セルロース系材料の重量を増加させる。理論に制限されることなく、処理剤への前駆体は、セルロース系材料に含浸されるときに反応して、処理剤を形成することが予想される。一例において、処理剤は、セルロース系材料の重量を、１〜８０パーセント増加させる（セルロース系材料の元の重量と比較する際、かつ６０℃以上で少なくとも２時間、セルロース系材料を乾燥させた後に計算される際）。一例において、処理剤は、セルロース系材料の重量を、５〜１００パーセント超増加させる（６０℃以上で少なくとも２時間、セルロース系材料を乾燥させた後に計算される際）。

一例において、１つ以上の添加剤が、セルロース系材料に含浸される。添加剤は、分散液の一部として、改質剤の一部として、導入されてもよく、またはそれとは別個に導入されてもよい。処理済みセルロース系材料に特性を付加することが知られている、難燃剤、分散剤、及び／または染料等の添加剤が、好適である。添加剤はまた、エポキシ分散液と相溶性のあることが既知である、ナノ充填剤を含んでもよい。例えば、添加剤は、有機化合物、金属化合物、または有機金属化合物であってもよい。一例において、添加剤は、湿潤、または木材への分散液の浸透を改善する材料、例えば、分散液中で安定している、溶媒または界面活性剤（アニオン性、カチオン性、もしくは非イオン性）である。添加剤の例としては、溶媒、充填剤、増粘剤、乳化剤、分散剤、緩衝液、色素、浸透剤、帯電防止剤、臭い物質、腐食抑制剤、保存剤、シリコン処理剤、レオロジー改質剤、沈降防止剤、抗酸化剤、他の架橋剤（例えばジオール及びポリオール）、蛍光増白剤、蝋、合一剤、殺生物剤、ならびに消泡剤が挙げられる。かかる蝋は、石油蝋、パラフィン蝋、天然蝋、または合成蝋、例えばポリエチレン蝋もしくは酸化ポリエチレン蝋、蜜蝋、または粗蝋を含んでよい。加えて、添加剤は、例えば、第二銅−アンモニア、第二銅−アミン、第二銅−アンモニア−アミン複合体、四級アンモニウム化合物、または他の系を含有する木材保存剤であってもよい。例えば、Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｃｏｐｐｅｒ−Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙアンモニウム（ＡＣＱ）保存剤系。添加剤は、亜鉛塩またはホウ素含有化合物を使用する木材保存技術を含んでもよい。任意に、殺虫剤、シロアリ殺虫剤、殺真菌剤、及び防黴剤等の他の添加剤を、セルロース系材料に添加してもよい。一例において、添加剤は、分散液の部分として含まれ、分散液により安定した懸濁液を形成する。一例において、１つ以上の界面活性剤が分散液に添加される。一例において、セルロース系材料に含浸される分散液の量を増加させる界面活性剤が選択される。例えば、好適な界面活性剤は、非イオン性またはアニオン性であり得る。非イオン性界面活性剤の例としては、アルコキシル化アルコール、アルコキシル化アルキルフェノール、脂肪酸エステル、アミン及びアミド誘導体、アルキルポリグルコシド、エチレンオキシド／プロピレンオキシドコポリマー、ポリオール、ならびにアルコキシル化ポリオールが挙げられる。例えば、非イオン性界面活性剤は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＴＥＲＧＩＴＯＬ（商標）Ｌ−６２である。アニオン性界面活性剤の例として、アルキル硫酸、アルキルエーテル硫酸、硫酸化アルカノールアミド、アルファオレフィンスルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、脂肪酸塩、及びリン酸エステルが挙げられる。例えば、アニオン性界面活性剤は、ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＤＯＷＦＡＸ（商標）Ｃ１０Ｌである。

一例において、分散液成分は、セルロース系材料の孔に浸透するのに十分に小さい粒径を有する。一例において、分散液成分は、５０μｍ以下の粒径を有する。一例において、分散液成分は、５μｍ以下の粒径を有する。一例において、分散液成分は、０．５μｍ未満の粒径を有する。

一例において、セルロース系材料は、圧力処理によって、処理済みセルロース系材料として調製される。セルロース系材料を圧力処理するために使用される圧力は、大気圧よりも高くても、または低くてもよい。一例において、圧力は、環境圧力よりも低い、例えば、０．０００１〜０．０９ＭＰａ（０．７５〜６７５ｍｍＨｇ）である。別の例において、圧力は、環境圧力よりも大きい、例えば、０．１〜１．７ＭＰａ（７５０〜１２７５０ｍｍＨｇ）である。当該技術分野で既知の圧力処理プロセスが、セルロース系材料に処理剤を含浸させるために好適であることが想定される。

上で説明されるように、一例において、処理済みセルロース系材料は、少なくとも第１の処理プロトコル及び第２の処理プロトコルに従って調製される。一例において、第１の処理プロトコルは、セルロース系材料に、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む分散液を含浸させることを含む。第１の処理プロトコルは、以下のステップのうちの１つ以上を含む：（ａ）セルロース系材料を容器に堆積させるステップ；（ｂ）容器を真空で５〜６０分間保持するステップ；（ｃ）エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む水性分散液を、容器に導入するステップ；（ｄ）容器を１．０３ＭＰａまで５〜６０分間加圧するステップ；（ｅ）余分な水性分散液を排水するステップ；（ｆ）任意に、余分な水性分散液を真空によって除去するステップ；ならびに（ｇ）セルロース系材料を２０〜６０℃で２４〜４８時間、空気乾燥させるステップ。一例において、第１の処理プロトコルの生成物は、セルロース系材料に改質剤を含浸させることを含む、第２の処理プロトコルに従って調製される。第２の処理プロトコルは、以下のステップのうちの１つ以上を含む：（ａ）第１の処理プロトコルに従って調製されたセルロース系材料を、容器に堆積させるステップ；（ｂ）改質剤を容器に導入するステップ；（ｃ）容器を、真空または増加した圧力のいずれかに、５〜６０分間保持するステップ；（ｄ）任意に、余分な改質剤を真空によって除去するステップ；ならびに（ｅ）セルロース系材料を６０℃で２４〜４８時間、空気乾燥させるステップ。

「第１の処理プロトコル」及び「第２の処理プロトコル」という表記は、処理順序を定義するとして読み取られることを意味しない。セルロース系材料は、分散液で第１の処理が行われ、改質剤で第２の処理が行われ得、それによって、第２の処理が、時間的に第１の処理に続くことが想定される。セルロース系材料は、改質剤で第１の処理が行われ、分散液で第２の処理が行われ得、それによって、第２の処理プロトコルが、時間的に第１の処理プロトコルに先行することもまた想定される。セルロース系材料は、第１の処理プロトコル及び第２の処理プロトコルと同時に処理され得る（この場合、セルロース系材料は、硬化反応を最小化するために、分散液と改質剤とを組み合わせた直後に、処理されるべきである）こともまた想定される。

いくつかの乾燥ステップが、様々な温度で行われてもよく、これによって、乾燥ステップの期間は、温度に比例する。好適な乾燥温度は、室温（およそ２０℃）〜１８０℃である。乾燥は、空気中、窒素中、または多の好適な大気中で行われてもよい。

一例において、第２の処理プロトコルは、第１の処理プロトコルの生成物が８０℃の空気中で１〜７日間加熱される、加熱プロトコルを含む。理論に制限されることなく、高温と多孔質材料の天然構成要素との組み合わせは、エポキシが重合及び架橋することを促すことが予想される。

米国木材保存協会の標準Ｅ４−１１手順（圧力処理木材の撥水性の標準試験方法）に従って、処理済みセルロース系材料の撥水性を測定するために、水浸試験を使用する。水浸試験は、第１に、本明細書で説明されるように調製した処理済みセルロース系材料を含む処理済みウエハ、及び未処理のセルロース系材料を含む対照ウエハの両方を提供することと；第２に、処理済みウエハ及び対照ウエハの両方の接線方向寸法を測定して、初期接線方向寸法（Ｔ_１）（ここで、接線方向寸法は、セルロース系材料の木目の方向に対して垂直である）を提供することと；第３に、処理済みウエハ及び対照ウエハの両方を、６５±３％相対湿度及び２１±３℃に維持した調節チャンバに、一定重量に達するまで入れることと；第４に、処理済みウエハ及び対照ウエハの両方を、２４±３℃の蒸留水に３０分間浸漬することと；第５に、水から取り出した後に、処理済みウエハ及び対照ウエハの両方の接線方向寸法を測定して、後接線方向寸法（Ｔ_２）を提供することと、を含む。

各個々のウエハ（処理済みウエハ及び対照ウエハの両方）に対する膨張率（Ｓ）は、以下のように計算される：

本明細書の実施例の各々において、対照ウエハの膨張率は、４．７％である。

撥水効率（ＷＲＥ）を使用して、処理済みセルロース系材料に撥水特性を付加することにおける処理剤の有効性を判定する。ＷＲＥは、以下のように計算される：

Ｓ_１は、未処理のウエハの膨張率を指し、Ｓ_２は、処理済みウエハの膨張率を指す。Ｅ４−１１によると、ほとんどの屋外用途のためには、最低限７５％のＷＲＥが好ましい。対照ウエハのＷＲＥは、０％である。

処理済みセルロース系材料の硬度は、Ｓｈｏｒｅ（Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）試験に従って、Ｔｙｐｅ Ｄ Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ（３０°円錐、１．４０ｍｍ直径、２．５４ｍｍ延長、４４．４８Ｎばね力）を使用して、判定する。Ｔｙｐｅ Ｄ Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒを用いて、セルロース系材料を硬質平面上に置き、硬度計の脚部をセルロース系材料に対して所与のばね力で押すことにより、硬度を判定する。硬度値は、セルロース系材料との接触の１秒以内にＤｕｒｏｍｅｔｅｒ上の計器から記録される。セルロース系材料の１試料当たり少なくとも５回の硬度試験を行った。本明細書で報告した硬度値は、所与のセルロース系材料について行った試験の平均である。未処理のサザンイエローパイン対照ウエハの硬度値は、約４０である。

以下の実施例は、本開示のある特定の態様を例解するが、本開示の範囲は、以下の実施例に限定されない。

５つの松材ウエハ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥとして識別）（サザンイエローパイン、４ｃｍ×２ｃｍ×０．５ｃｍ）を、重し（ここではリングを使用する）によって、Ｐａｒｒ反応器の底部に保持する。反応器圧力を真空に３０分間設定する。水を使用して３０％固体濃度まで希釈される８０ｍｌのＭａｉｎｃｏｔｅ（商標）ＡＥＨ−１０水性分散液（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）を、各反応器に導入する。次いで、各反応器圧力を、窒素下で１．０３ＭＰａに６０分間設定する。次いで、各ウエハを、オーブンに入れ、８０℃の空気中で表１に列記される時間量、乾燥させる。

次いで、ウエハＣ、Ｄ、及びＥを反応器に戻し、重しによって底部に保持する。反応器圧力を真空に３０分間設定する。表２に列記される８０ｍｌの薬剤を、それぞれの反応器に導入する。次いで、各反応器圧力を、窒素下で１．０３ＭＰａに６０分間設定する。次いで、各ウエハをオーブンに入れ、６０℃の空気中で２日間乾燥させる。

次いで、ウエハＥを反応器に戻し、重しによって底部に保持する。反応器圧力を真空に３０分間設定する。８０ｍｌの水中５％ＰＥＩ溶液を、反応器に導入する。次いで、反応器圧力を、窒素下で１．０３ＭＰａに３０分間設定する。次いで、ウエハをオーブンに入れ、６０℃の空気中で２日間乾燥させる。

処理済みウエハ及び対照ウエハの各々を、Ｅ４−１１手順に従って加工し、各ウエハの膨張率及びＷＲＥが、表３に列記される。各処理済みウエハの硬度は、Ｔｙｐｅ Ｄ Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒを使用して測定され、その値を表３に列記する。

本実施例は、処理剤を含有するセルロース系材料が、対照と比較して、改善されたＷＲＥ、硬度、及び膨張をもたらすことを例解する。更に、改質剤の使用は、アクリルエポキシハイブリッド（ＡＥＨ）水性分散液のみでの処理と比較して、ＷＲＥ及び硬度を更に改善する。

Claims (15)

1. 処理済みセルロース系材料であって、
   複数の孔を画定する多孔質構造を有するセルロース系材料を含み、前記孔の少なくとも一部が、
   エポキシ樹脂と、アクリルラテックスと、カルボキシル化硬化剤及び／またはアミン硬化剤との反応生成物を含む、処理剤を含有する、処理済みセルロース系材料。
2. 前記処理済みセルロース系材料が、（１）前記セルロース系材料に、前記エポキシ樹脂及び前記アクリルラテックスを含む水性分散液を含浸させることと、（２）前記セルロース系材料に、前記カルボキシル化硬化剤及び／または前記アミン硬化剤を含む改質剤を含浸させることと、により調製される、請求項１に記載の処理済みセルロース系材料。
3. 前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、フタル酸のジグリシジルエステル、１，４−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、１，３−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸のジグリシジルエステル、ノボラック樹脂、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の処理済みセルロース系材料。
4. 前記アクリルラテックスが、（メタ）アクリレートモノマーまたは（メタ）アクリレートコモノマーから調製される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理済みセルロース系材料。
5. 前記（メタ）アクリレートモノマーが、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、及び２−エチルヘキシルメタクリレート、ホスホエチ（ｐｈｏｓｐｈｏｅｔｈｙ）メタクリレート、ならびにこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載の処理済みセルロース系材料。
6. 前記（メタ）アクリレートコモノマーが、スチレンモノマー、ビニル付加モノマー、またはこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載の処理済みセルロース系材料。
7. 前記改質剤が、前記エポキシ樹脂を硬化させることが可能である、請求項２〜６のいずれか１項に記載の処理済みセルロース系材料。
8. 前記カルボキシル化硬化剤が、オレフィン−カルボン酸コポリマーと、アンモニア、アミン、または塩基との反応生成物である、中和されたオレフィン−カルボン酸コポリマーである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の処理済みセルロース系材料。
9. 前記アミン硬化剤は、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレン−ペンタミン，２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレン−ジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、１−エチル−１，３−プロパンジアミン、ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、Ｎ，Ｎ−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、２，４トルエンジアミン、２，６−トルエン−ジアミン、１，２ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１，２−ジアミノ−４−エチル−シクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１−シクロヘキシル−３，４−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ノルボランジアミン（ｎｏｒｂｏｒａｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノ−ジシクロヘキシルメタン、４，４’ジアミノジシクロヘキシル−プロパン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン，３−アミノ−１−シクロヘキサン−アミノ−プロパン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリアミドアミン、またはポリエチレンイミンを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の処理済みセルロース系材料。
10. 処理済みセルロース系材料を調製するための方法であって、
    セルロース系材料を提供することと、
    前記セルロース系材料に水性分散液を含浸させることを含む、第１の処理プロトコルと、を含み、前記水性分散液が、エポキシ樹脂及びアクリルラテックスを含む、方法。
11. 前記セルロース系材料に改質剤を含浸させることを含む、
    第２の処理プロトコルを更に含み、前記改質剤が、カルボキシル化硬化剤、またはアミン硬化剤を含む、請求項１０に記載の処理済みセルロース系材料を調製するための方法。
12. 前記第１の処理プロトコルの前記含浸が、環境圧力より高いまたは低い圧力下で行われる、請求項１０〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、フタル酸のジグリシジルエステル、１，４−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、１，３−シクロヘキサンドメタノール（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｍｅｔｈａｎｏｌ）ジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸のジグリシジルエステル、ノボラック樹脂、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記カルボキシル化硬化剤が、オレフィン−カルボン酸コポリマーと、アンモニア、アミン、または塩基との反応生成物である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記アミン硬化剤が、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレン−ペンタミン，２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレン−ジアミン、１，６−ヘキサンジアミン、１−エチル−１，３−プロパンジアミン、ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、Ｎ，Ｎ−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、２，４トルエンジアミン、２，６−トルエン−ジアミン、１，２ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１，２−ジアミノ−４−エチル−シクロヘキサン、１，４−ジアミノ−３，６−ジエチルシクロヘキサン、１−シクロヘキシル−３，４−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ノルボランジアミン（ｎｏｒｂｏｒａｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノ−ジシクロヘキシルメタン、４，４’ジアミノジシクロヘキシル−プロパン、２，２−ビス（４−アミノシクロヘキシル）プロパン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、３−アミノ−１−シクロヘキサン−アミノ−プロパン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリアミドアミン、またはポリエチレンイミンを含む、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。