JP5160533B2 - 安定性の向上した多糖をベースとした含浸固体材料、その調製方法、および使用される含浸溶液 - Google Patents

安定性の向上した多糖をベースとした含浸固体材料、その調製方法、および使用される含浸溶液 Download PDF

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Description

本発明は、その塊中に、殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃剤としての性質を有する少なくとも1種の活性剤、ならびに少なくとも1種の錯化剤、および/または錯化剤を含む少なくとも1種のポリマーマトリックスを含む多糖をベースとした固体材料に関する。
選択される活性剤は、主に、1種または複数の環境に優しい化合物からなる。
選択される錯化剤は、固体材料中に存在する殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の化合物を錯化できる性質を有する。本発明の固体材料は、向上した安定性、および低減された環境への影響に特徴がある。
本発明はまた、多糖をベースとした固体材料への含浸を行なうために実施される方法、さらにこの目的に使用される含浸溶液に関する。
本発明により、木材粒子および木材をベースとした材料が屋外で使用される場合に、より顕著には亜熱帯性または熱帯性気候に特に特徴的な高い湿分含量の雰囲気において使用される場合に、これらの材料が曝される環境からの攻撃に対して特に、特別な耐性を示すこれらの材料を調製することが特に可能になる。
本発明はまた、構成材料として、本発明の多糖をベースとした固体材料の少なくとも1種を用いて調製される物品にも関する。これらの物品の使用により、非常に有毒な化合物の環境への放出が防がれるので、環境への影響は最少になる。
リグノセルロースの微生物分解は、最も重要な自然現象の1つである。バイオマスの効果的な再利用を可能にするには菌類の活動が必要であるが、それは、木材の密度および木材の機械的強度を損ねることによって木材の使用をかなり限定する。過去において、木材を食べる菌類を防ぐ、またはさらに根絶する目的で、いくつかの方法が開発されてきた。
しかし、木材に含浸させるという従来のこれらの方法は、僅かとは言えない量の、クレオソート、塩素化フェノール、または銅系、クロム系およびヒ素系の無機塩のような有毒な作用剤の使用に基づく。
環境にとって有毒な物質の使用に対して導入された益々厳しい制限、また、これらの製品に接触することがある人々の健康と安全に対して有毒物質がもたらす僅かとは言えない危険は、これらの方法の価値を大いに低下させ、それらが多かれ少なかれ長期的には禁止されることを予想させる。
最近になって、環境に関して攻撃的でない作用剤、例えば、ホウ酸または硼砂(これらは、保存剤としての性質のために、またこれらが環境に十分に許容されるという事実のために知られている)の形でホウ素を木材に組み入れることによって、自然に存在するバクテリアおよび菌類媒介体に対する木材の耐性を向上させる試みがなされている。
こうして、US−A−6,365,169(Rosenblatt、2002年4月2日に付与された特許)は、沸騰水に不溶であるPVA系コーティングによって特徴付けられる、ポリビニルアルコール(PVA)デンプンおよびヨウ素の複合物による、ヨウ素の制御された連続放出の形態を記載する。このポリビニルアルコールは、触媒/硬化剤または不溶化剤を含む様々なタイプの有機酸と反応したコーティング(セルロース基材または他の基材上に付着され、次いで、ヨウ素と複合化される)の形態で存在する。これらのスポンジ(基材)は、微生物を殺すのに十分な制御された量のヨウ素を接触により放出し、最少量の残留物を後に残す固体抗微生物デバイスを構成する。
US−A−6,406,749(Symons、2002年6月18日に付与された特許)は、真空下で木材にアンモニアガスを含浸させることからなる、木材の化学的変性方法を記載する。残留ガスを除去した後、依然として加圧下で、アンモニアを含浸させた木材に、ジカルボン酸またはトリカルボン酸の無水物、(部分または完全鹸化の)ポリビニルアルコール、および水を含む含浸組成物を含浸させる。この含浸組成物また、好ましくは、水溶性ホウ素化合物を含む。木材の真の構造が第1のアンモニア処理ステップにより影響を受けるという事実に加えて、無水物の存在により、ヘキサメチレンテトラミンをベースとした樹脂を生成するように、ポリビニルアルコールの存在下で木材は変性されるが、ヘキサメチレンテトラミンはホルムアルデヒド供給体であり、ホルムアルデヒドはその毒性で、特に発癌作用物質として知られる化合物である。
US−A−6,723,352(Bosserman、2004年4月20日に付与された特許)は、木材および他のセルロール製品の難燃性ならびに殺虫性および殺菌性を向上させるために、これらの製品を処理するための製品の製造方法を記載する。ホウ酸カルシウム鉱、例えば、灰硼石が、酢酸のような酸と最初に反応させられる。次いで、反応生成物(溶液中にカルシウムを含む)は、アンモニア水により処理され、五ホウ酸アンモニウムを生成する。得られる溶液が、木材および他のセルロール製品に、加圧、拡散、または浸漬および/またはディッピング処理のような方法によって適用される。これらの製品は、従来の処理において用いられる化合物に比べて高い耐浸出性を有する。この方法は、カルシウムをベースとした無機フィラーを含む溶液の存在を必ず伴い、錯化剤によるホウ素の錯化を全く伴わない。
US−A−6,844,081(2005年1月18日に付与された特許)に記載のHart他による研究は、セルロース繊維とホウ酸との間に架橋を形成するように木材中で反応する、メタロセン触媒およびフリーラジカル開始剤の存在下のホウ酸の適用を記載する。この網目(network)は、次に、有害な気候に対する保護剤を保護するために、シーリング(sealing)フィルムにより被覆される。この技法は、それが第2ポリマーの使用を必ず必要とするという事実のせいで、複雑であることが分かる。
米国特許出願US−A1−2005/0013939号(Vinden他、2005年1月20日に公開された)は、ホウ素化合物(ホウ酸トリメチル)を木材中の水分と反応させることによって、ホウ素化合物の溶解性を変える方法を記載する。この技法は、ホウ酸トリメチルを含浸させるためにメタノール(これは非常に燃え易い化合物である)の使用を必要とし、火事の危険、および爆発の危険さえ生じる。
木材改質に関する第1回欧州会議(the first European Conference on Wood Modification(ECWM 2003)、2003年4月にベルギーのGhentで開催された)の間、様々な木材改質方法が挙げられた。木材のセルの壁(cell walls of wood)に存在するヒドロキシル基は、木材のいくつかの物理的および化学的性質に関与する。特に、それらは、生分解、および/または水の吸収と脱離を許す物理的過程に重要な役割を果たす。これらの官能基の何らかの変更は、木材の親水性にかなりの影響を及ぼし得る。それはまた、木材の消化、および糖への木材の変換を担う腐食菌類の酵素による木材成分の認識にも影響を及ぼすであろう。
木材のヒドロキシル官能基は、かなりの数の化学的変性方法によって変えることができる。非常に多くの含まれ得る反応の可能性の中で、次のものを挙げることができる:エーテルの生成、アセタールまたはカルボニル官能基の付加、エステル化、ウレタンの生成、オリゴエステル化(2つ以上の反応の組合せ)、化学的酸化、シリル化、アセチル化、フルフリル化およびメラミン−ホルムアルデヒド樹脂の生成。
これらの化学的変性に熱による変性が追加されてもよい。熱による変性は、木材へのオイルの含浸と通常同時に起こる、木材の熱処理を含む。熱を加えることによって、木材ポリマーの特定の官能基が開裂し、新たな疎水性官能基が恒久的に生成する。
Menz Holz OHT(Oil-Heat Treatment;オイル−熱処理)法は、H.Militzにより「木材の熱処理:欧州の方法およびそれらの背景(Thermal Treatment of Wood:European Process and their background)」(IRG第33回年次会合(IRG 33rd Annual meeting))に記載され、土壌に接触しない屋外木材の寿命を向上させることを意図しており、この方法は密閉チャンバ内で実施される。木材の束を密閉容器に入れた後、高温のオイルが加えられ、次いで、木材に含浸させるために高温(180〜220℃)に保たれる。処理を効果的にし、また化学的改質が起こるように、この温度を試料の中心部で2時間より長く(通常2と4時間の間)保つ必要がある。
Osmose Royale Processと呼ばれる方法は、Powellにより、Powell M.R.(2003);木材改質に関する欧州会議(European Conference on Wood Modification)に記載され、その目的もまた屋外木材の寿命を向上させることであり、化学的変性を防ぐために、また単に木材にオイルが含浸されるように、より低温(60〜90℃)で実施される。この処理の目的は、低湿分含量の木材を得ることを可能にすることである。含浸に続く減圧(真空)は、表面の過剰なオイルを除去することを可能にする。このように、所望の用途に合わせたオイルの選択は非常に重要である。不飽和脂肪酸含量の大きいオイルは、空気中の酸素による酸化重合を可能にする。この処理は、木材から水を除去すること、およびさらなる水の取り込みを防ぐことを可能にし、また、寸法安定性を向上させることも可能にする。
Robert H.Whiteは、ポリマー材料の難燃性における最近の進歩:難燃性に関する第3回年次BCC会議(Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials:Proceedings of 3rd Annual BCC Conference on Flame Retardancy)(1992年5月19〜21日、Stamford、コネチカット州)(Norwalk、コネチカット州:Business Communications Company Inc.;192:250−257)に1992年に発表された文書「木材の難燃性(Flame Retardancy of Wood)」の251〜257頁中の、254頁の第2段落において、難燃性と保存効果を同時に得るための、硫酸アンモニウム、リン酸二アンモニウム、硼砂およびフッ化ナトリウムの同時使用を記載する。環境へのリン酸塩および硫酸塩の放出の危険性がこの方法の価値を限定する。
Susan L.Levanは、1984年にAdvances in Chemical Series 207に公表された「難燃性の化学(Chemistry of Fire Retardancy)」の563から564頁に、様々なホウ素をベースとした化合物の性質およびそれらの難燃性能力の性質を要約する。ホウ酸および四ホウ酸ナトリウム(硼砂)を含めて、いくつかの化合物が挙げられている。硼砂は燃焼の進行を抑制するが、「燻り(smouldering)」または「灼熱(glowing)」にほとんど影響を及ぼさない。他方、ホウ酸は、「燻り」および「灼熱」を減少させるが、炎の伝播にほとんど効果がない。したがって、これらの2つの化合物は一緒に用いられる。難燃剤製品として一般に用いられる形はポリホウ素である。
バクテリア、菌類または昆虫媒介体に対する木材の耐性あるいは木材の難燃性をかなり向上させることを可能にした先行技術の方法は、木材への有毒の化学作用剤の組み入れ、および、特に、雨に曝された時のそれらの放出を含み、このことは、このような木材が置かれる環境への攻撃を示す。
無毒であるか、または極僅かしか毒性でない殺バクテリア剤および/または殺菌剤の組入れを実施する他の方法は、特に、保護作用剤の急速な放出という欠点を有し、保護作用剤は環境に急速に放出され、再び、処理された木材物品は、同時に急速に弱くなる。
したがって、バクテリアおよび菌類による攻撃に対する良好な耐性、および良好な難燃性を示し、また環境に優しい多糖をベースとした固体材料が求められていた。
また、バクテリアおよび菌類による攻撃に対する顕著な耐性、および顕著な難燃性を示し、また完全に環境に優しいわけではない生成物質を限られた量含む多糖をベースとした材料も求められていた。
また、攻撃的な環境において安定であり、また環境にとって有毒な、またはそれらの使用者に有毒な作用剤を放出する傾向が少ない多糖をベースとした固体材料から、少なくとも部分的に構成される物品も求められていた。
一般的態様によれば、本発明は、その塊に、ホウ素、ホウ素誘導体、シリカ、シリカ誘導体、アルミニウム、アルミニウム誘導体、アルミノシリケート誘導体、リン、リン誘導体、ヨウ素、ヨウ素誘導体、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群の中から選択される、少なくとも1種の殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の保存剤;ならびに、保存剤と少なくとも部分的に錯化した少なくとも1種の特定の錯化剤、および/または存在する多糖の官能基と結合を形成でき、保存剤のための錯化剤を含むポリマーマトリックスを含む多糖をベースとした固体材料を提供する。
この材料は、環境からの攻撃に対して注目すべき耐性を示し、自然およびヒトの環境にとって有毒でない。多数の応用の中で、本発明により得られる材料は、有利には、玩具、屋外家具、建築用木材、パティオのデッキ材、および多目的木材(配電網の木製の柱)の製造に使用できる。
本出願の第1の主題は、特に、周囲温度で好ましくは固体であり、またそれらの塊に以下を含む固体材料からなる:
− キャビティ(空洞)または無キャビティ;
− 少なくとも1種の殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の活性剤(この活性剤は、ホウ素、ホウ素誘導体、シリカ、シリカ誘導体、アルミニウム、アルミニウム誘導体、アルミノシリケート誘導体、リン、リン誘導体、ヨウ素、含酸素ヨウ素誘導体、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される、50重量%を超え、より一層有利には60重量%を超え、より好ましくは90重量%を超える、少なくとも1種の化合物からなる);ならびに
− 下記からなる群から選択される以下の化合物の少なくとも1種:
− ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素のための錯化剤(この錯化剤は次の特徴の少なくとも1つを有する:
− 前記多糖をベースとした固体材料中に存在する、殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の化合物の1種に少なくとも部分的に結合する;
− 前記多糖をベースとした材料中に存在する多糖の官能基と化学結合を形成する;および
− 前記多糖をベースとした固体材料中に存在するキャビティにポリマーマトリックスが存在する場合に、このポリマーマトリックスの官能基と化学結合を形成する);および
− ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の錯化剤を含むポリマーマトリックス(このポリマーマトリックスは、
− 多糖をベースとした材料中に存在する多糖の官能基と結合を形成できる;および
− 好ましくは、多糖をベースとした固体材料中に存在するキャビティの大きさと同じかまたはそれを超える大きさを有する)。
好ましい実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、少なくとも1種のホウ素をベースとしたまたはホウ素誘導体をベースとした活性剤を含む;この活性剤は、好ましくは、含酸素(oxygenated)ホウ素誘導体(例えば、ボラート)の群からから選択される。
別の好ましい実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、少なくとも1種のシリカをベースとしたまたはシリカ誘導体をベースとした活性剤を含む;この活性剤は、好ましくは、含酸素シリカ(例えば、ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸)の群から選択される。
別の好ましく利点のある実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、少なくとも1種のアルミニウムをベースとしたまたはアルミニウム誘導体をベースとした活性剤を含む;この活性剤は、好ましくは、含酸素アルミニウム誘導体(例えば、アルミン酸ナトリウム)から選択される。
別の好ましい実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、アルミノシリケートをベースとしたもの(例えば、アルミノケイ酸ナトリウム、および/またはケイ酸アルミニウムカルシウムの三カルシウム形)の少なくとも1種の活性剤を含む。
別の好ましく利点のある実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、含酸素リン誘導体(例えば、リン酸アンモニウム、リン酸二アンモニウム、リン酸ナトリウムおよび/またはリン酸カリウム)の群から好ましくは選択される、少なくとも1種のリンまたはリン誘導体をベースとした活性剤を含む。
別の好ましい実施形態によれば、本発明による多糖をベースとした固体材料は、ヨウ素または含酸素ヨウ素誘導体をベースとしたもの(例えば、ヨウ素酸カリウムおよび/またはヨウ素酸ナトリウム)の少なくとも1種の活性剤を含む。
特に利点のある変形形態によれば、本発明の多糖をベースとした材料に存在する活性剤は、殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の化合物(これは、好ましくは周囲温度で、水溶性である)を40%未満含む混合物である。この場合、活性剤は、有利には、酸性クロム酸銅(acid copper chromate:ACC)、アンモニア性ヒ酸銅(ammoniacal copper arsenate;ACA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸塩(ammoniacal copper zinc arsenate;ACZA)、クロム化ヒ酸銅(chromated copper arsenate;CCA)化合物(CCAのA、Bおよび/またはC型)、クロム化塩化亜鉛(chromated zinc chloride;CZC)、主に塩化ジデシルジメチルアンモニウム(didecyldimethyl ammonium chloride;DDAC)(DDAC最少90%)を含むアルキルアンモニウム化合物(alkyl ammonium compounds;AACs)、銅第4級アンモニウム(quaternary ammoniacal copper;ACQ)(ACQのA、B、Cおよび/またはD型)、銅ビス(ジメチルジチオカルバメート)(copper bis(dimethyldithiocarbamate);CDDC)、アンモニア性クエン酸銅(ammoniacal copper citrate;CC)、銅アゾール(copper azole;CA)A型(CBA−A)、銅アゾールB型(CA−B)、銅HDOのA型(CX−A)(HDOは、ビス(N−シクロヘキシルジアゼニウムジオキシ)である)、ならびにこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される;この活性剤は、好ましくは、AWPAの「Book of Standards 2006」(ISSN 1534−195X)(これは、参照によって本出願に組み込まれる)、セクションP5−06、111から116頁に列挙されている水溶性保存剤からなる群から選択される。
好ましく利点のある本発明の実施形態によれば、前記多糖をベースとした材料に存在する活性化合物ならびに錯化剤および/またはポリマーマトリックスの全量は、前記多糖をベースとした材料の少なくとも0.1重量%、好ましくは少なくとも1重量%、より好ましくは5重量%から30重量%を占める。この量は、使用される木材の種類に合わせて実質的に変わる。従って、バンクスマツ(grey pine)の柱では、この値は、処理される柱の全重量に対して、7重量%の活性化合物ならびに錯化剤および/またはポリマーマトリックスであり得る。他方、イエローパイン(yellow pine)の柱では、この値は、処理される柱の全重量に対して、22重量%の活性化合物ならびに錯化剤および/またはポリマーマトリックスであり得る。
別の利点のある変形形態によれば、少なくとも1%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%の錯化剤が、前記多糖をベースとした固体材料に存在する殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の化合物の1種に結合している。
特に利点のある別の変形形態によれば、少なくとも1%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%の前記錯化剤は、前記多糖をベースとした材料に存在する多糖の化学官能基と化学結合を形成する。
本発明の別の利点のある実施形態によれば、少なくとも1%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%の前記錯化剤は、多糖をベースとした固体材料のキャビティ内に存在するポリマーマトリックスの官能基と化学結合を形成する。
別の特定の利点によれば、多糖をベースとした材料に存在する、80%を超え、好ましくは90%を超えるポリマーマトリックスは、多糖をベースとした材料に存在する多糖の官能基との結合を有さない。
有利には、マトリックスの大きさは、多糖をベースとした固体材料中に存在するキャビティの大きさと同様であるかまたはより大きい。
本発明の多糖をベースとした固体材料の好ましいサブグループは、錯化剤を全く含まない少なくとも1種のポリマーマトリックスを含む多糖をベースとした固体材料からなる。
別の利点のあるサブグループは、ポリマーマトリックスを含む多糖をベースとした固体材料からなり、ここで、多糖をベースとした固体材料中に存在する、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の原子、ならびに/あるいは、ホウ素を含む官能基および/またはシリカを含む官能基および/またはアルミニウムを含む官能基および/またはリンを含む官能基および/またはヨウ素を含む官能基は、ポリマーマトリックスに存在する錯化剤に少なくとも部分的に結合している、および/またはポリマーマトリックスの少なくとも1つの官能基に少なくとも部分的に結合している。
特に利点のある別のサブグループは、前記多糖をベースとした固体材料中に存在するホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の原子が、存在する錯化剤の1種と化学的相互作用を少なくとも部分的に有する、多糖をベースとした固体材料からなる。
有利には、前記多糖をベースとした材料に存在するホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の原子は、存在する錯化剤の1つと配位結合を少なくとも部分的に形成する。
本発明の利点のある実施形態によれば、多糖をベースとした材料の1m当たりに存在する活性剤の量は、0.1kg/mを超える、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素対応物(equivalent)に相当する;好ましくは、この量は0.2kg/mであり、より好ましくは、この量は0.5と30kg/mの間であり、それは、好ましくは、1と15kg/mの間であり、より有利には、それは2と10kg/mの範囲にあり、より有利には、それは約5kg/mである。
好ましくは、多糖をベースとした材料に存在する錯化剤の量は、存在するホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の1モル当たり、0.5モルを超え、好ましくは1モルを超える;好ましくは、この量は、1と10モルの間である、より好ましくは、この量は1と5モルの間であり、より有利には、それは、多糖をベースとした材料中に存在するホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の1モル当たり、約2モルのキレート剤である。
有利には、多糖をベースとした固体材料に存在するキャビティは、5×10−5mmから2×10−2mmの範囲にある容積を有し、存在するポリマーマトリックスの量は1kg/mを超え、好ましくは、この量は5から30kg/mの範囲にあり、より一層好ましくは、それは、約16kg/(1mの多糖をベースとした材料)である。
特に利点のある本発明の実施形態によれば、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素のための錯化剤は、それが存在する場合、ヒドロキシルおよび/またはアミンおよび/またはカルボン酸官能基を含む化合物の群から選択される。
有利には、ホウ素のための錯化剤は、ヒドロキシルおよび/またはアミンおよび/またはカルボン酸官能基(例えば、酢酸官能基)を含む化合物の群から、あるいは、より好ましくは、ポリアミン、ポリオール、ポリオールアミンおよびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される。有利には、アミン官能基は第1級または第2級型のものであり、ポリオール官能基はジオール型、より好ましくは、ビシナル(隣接)ジオール型のものであり、このポリオールは有利には2から7個の炭素原子を鎖に含む。ホウ素のための錯化剤は、好ましくは、N−メチル−D−グルカミン(NMG)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(THAM)、1,3−ビス[トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ]プロパン、(ヒドロキシエチル)アミン、ジ(ヒドロキシエチル)アミン、イミノジカルボン酸、例えば、イミノジカルボン酸、イミノ二酢酸、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される。
好ましくは、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素のための錯化剤は、多糖の官能基と化学結合を形成でき、錯化される原子の性質に応じて、前の2つの段落に記載のキレート剤からなる群から選択され、多糖をベースとした材料の多糖成分に存在するヒドロキシルおよび/またはメトキシ官能基と反応できる化学官能基を含む;このようなさらなる反応基は、好ましくは、ハロゲン化またはエポキシド官能基から選択され;より好ましくは、ホウ素のための錯化剤は、多糖の官能基と化学結合を形成でき、エピクロロヒドリン、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、式Cl−CHCH(OH)−N(CH)−(CHOH)−CHOH、またはCl−CHCH(OH)−NH−C−(CHOH)の分子、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される。
本発明による特に利点のある多糖をベースとした固体材料の別のサブグループは、錯化剤がグラフトされるポリマーマトリックスの大きさが、多糖をベースとした材料に存在するキャビティの大きさより小さいことより特徴付けられ、このポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ナイロン、ポリアクリレート、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される;好ましくは、ポリマーマトリックスは、前記錯化剤を含む水溶性モノマーの重合によって得られるポリマーからなる群から選択され、錯化剤を含む水溶性モノマーは、より好ましくは、(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP)を生成させるための、グリシジルメタクリレートとN−メチル−D−グルカミン(NMG)の反応によって得られるモノマーである。
エポキシマトリックスは、アミンおよび/またはヒドロキシル官能基の存在下での、好ましくは、ジアミンの存在下での、また、第1級または第2級アミンを含む少なくとも1種のキレート剤(これは、好ましくは、NMG、THAMまたはこれらの混合物である)の存在下での、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルのその場での(in situ)架橋によって好ましくは得られる。このマトリックスは、有利には、ポリアクリレートからなる群から、好ましくは、複数のポリ(アルキルアクリレート)(これらは、少なくとも部分的に水溶性であり、モノマーの形においてキレート剤:(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP)を含む)の群から選択される。
ポリエーテルは有利には、
− 少なくとも部分的に水溶性である少なくとも1種のポリエチレングリコールジビニルエーテルから、ビニルエーテル官能基を有するキレート剤の群から好ましくは選択される少なくとも1種のキレート剤の存在下での陽イオン開始剤を用いる架橋によって;あるいは
− 1000g/molの領域またはそれ未満の平均分子量のポリエチレングリコールアクリレートまたはジメタクリレートを、熱開始剤の存在下で、好ましくは、さらに、アクリレートおよび/またはメタクリレート官能基を有する少なくとも1種のキレート剤の存在下で架橋することによって;
得られる。
本発明による多糖をベースとした固体材料の別の好ましいサブグループは、ポリマーマトリックスが、該材料の官能基と結合を形成でき、また多糖をベースとした材料のキャビティの中にそれが挿入される大きさを有し、エポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ナイロン、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される固体材料からなる;好ましくは、このポリマーマトリックスは、好ましくは水性溶媒である溶媒に可溶であるエポキシ樹脂、および/または好ましくは水性溶媒である溶媒に可溶であるポリエーテルからなる群から選択される;より一層好ましくは、それは、水溶性ポリエーテルを用いて得られるエポキシ樹脂からなるポリマーマトリックスであり、より一層有利には、それは、アミンおよびヒドロキシル官能基を有するキレート剤を用い、また2つ以上のグリシジルエーテル(GE)官能基を含む水溶性分子(例えば、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、好ましくは、526g/mol程度の平均分子量を有するポリエチレングリコールジグリシジルエーテル)を用いて調製されるエポキシ樹脂である。
有利には、本発明の多糖をベースとした固体材料は、少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも50重量%、より一層有利には少なくとも80重量%の多糖を含む。
好ましくは、本発明の多糖をベースとした固体材料において、存在する多糖の10%から100%は、1000と1,000,000g/molの間の平均分子量を有し、より好ましくは、存在する多糖の約45%は、200,000と600,000g/molの間の分子量を有する。
より好ましくは、本発明の多糖をベースとした固体材料において、多糖は、ヘミセルロース、セルロース、化学的に変性されたセルロース、物理的に変性されたセルロース、化学的および物理的に変性されたセルロース、天然デンプン、化学的に変性されたデンプン、物理的に変性されたデンプン、化学的および物理的に変性されたデンプン、さらに、これらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される。
より有利には、本発明による多糖をベースとした固体材料は、
− 1重量%から150重量%、好ましくは15重量%と40重量%の間、より一層好ましくは20重量%と30重量%の間の水;
− 26重量%から34重量%、より一層好ましくは約29重量%のリグニン;
− 16重量%から22重量%、より一層好ましくは約18重量%のヘミセルロース;および
− 37重量%から61重量%、より一層好ましくは約45重量%のセルロース;
を含み、この%は、多糖をベースとした固体材料が無水の状態にある場合の多糖をベースとした固体材料の重量に対して表されている。
本発明の多糖をベースとした固体材料は、有利には、木材をベースとしており、木材は、好ましくは、針葉樹の群から、より好ましくは、シーダー(cedars)(ヒバ(American arborvitae)およびウエスタンレッドシーダー(Western arborvitae)が含まれる)、ねじれ(twisted)マツ(マレーマツ(Murray pine)が含まれる)、イエローパイン(ポンデローサマツ(ponderosa pine)が含まれる)、バンクスマツ、アメリカアカマツ(red pines)、ストローブマツ(white pines)、シルバーパイン(silver pines)、ピッチパイン(Northern pitch pines)、オウシュウアカマツ(Scots pines)、ベイマツ(Douglas firs)、カナダツガ(Canada hemlock)およびベイツガ(Western hemlock)からなる群から選択される。
本発明による特に利点のある多糖をベースとした固体材料のサブグループの1つは、多糖をベースとした固体材料に存在する殺バクテリア性および/または殺菌性および/または殺虫性および/または難燃性の化合物の未溶出量によって特徴付けられ、これは、浸出を求める標準的方法であるAWPAのE11−06に従って、14日間の通常の試験期間で実施される浸出試験により求めて、少なくとも1%、より好ましくは少なくとも10%、より一層有利には少なくとも20%だけ増加する。
本発明の第2の主題は、20%を超える固体含量を有する多糖をベースとした材料に含浸させる方法からなる。これらの方法は少なくとも次のステップを含む:
− 多糖をベースとした固体材料が木材である場合は、それを引っ掻くステップ(したがって、このステップは任意選択である);
− 多糖をベースとした材料の相対湿分含量を、ASTM標準D4442に従って測定して、95%未満、好ましくは15%と30%の間、より好ましくは約20%の値まで下げるステップ;
− 多糖をベースとした材料に、少なくとも次の能力の1つを有する化学作用剤を用いて、含浸させるステップ:
− 多糖をベースとした材料の官能基と化学結合を形成する;
− 多糖をベースとした材料に存在するキャビティ(セル;cells)の中に挿入される;
− ホウ素もしくはその誘導体の1つおよび/またはシリカもしくはその誘導体の1つおよび/またはアルミニウムもしくはその誘導体の1つおよび/またはリンもしくはその誘導体の1つおよび/またはヨウ素もしくはその誘導体の1つを固定する;および
− ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素の放出を、水への暴露の存在下で、遅らせる;ならびに
− 多糖をベースとした材料に、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素をベースとした溶液を用いて、含浸させるステップ。
本発明の第2の主題の第1の変形形態によれば、20%を超える固体含量を有し、またキャビティを含む多糖をベースとした材料に含浸させる方法は、少なくとも次のステップを含む:
− 多糖をベースとした材料が木材である場合は、それを引っ掻くステップ(任意選択のステップ);
− 多糖をベースとした材料の相対湿分含量を15%と35%の間の値に下げるステップ;
− ホウ素およびその誘導体および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素のための錯化分子を、多糖をベースとした材料のセルの壁(walls of cells)に固定するステップ;
− 前のステップで得られた変性された多糖をベースとした材料に、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素をベースとした溶液を用いて、含浸させるステップ。
本発明の第2の主題の第2の変形形態によれば、少なくとも20%の固体を有し、またキャビティを含む多糖をベースとした材料に含浸させる方法は少なくとも次のステップを含む:
− 多糖をベースとした材料が木材である場合は、それを引っ掻くステップ(任意選択のステップ);
− 多糖をベースとした材料の相対湿分含量を15%と35%の間の値に下げるステップ;
− ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンのための錯化分子が組み入れられているポリマーマトリックスを、多糖をベースとした材料のセルの中に挿入するステップ;および
− 前の挿入ステップの処理後に、多糖をベースとした材料に、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンをベースとした溶液を用いて、含浸させるステップ。
これらの方法は、それらが多糖をベースとした固体材料、より際立っては、セルロースをベースとした固体材料、凝集粒子のパネル、合板またはOSB(oriented strand board;配向性ストランドボード)に適用される場合に、特に利点がある。この場合、セルロースをベースとした材料は、有利には木材、好ましくは針葉樹、好ましくはアメリカアカマツまたはバンクスマツである。
本発明の第3の主題は、多糖をベースとした材料に含浸させるための溶液からなる。
本発明の溶液は、以下によって得られる:
− 水性溶液に、0.05Mと5Mの間の量のトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン(THAM)および/またはNMGを溶解するステップ;
− 前のステップで調製された溶液に、過剰量のエピクロロヒドリンを添加するステップ;
− 前のステップで得られた溶液を撹拌するステップ;および
− 過剰のエピクロロヒドリンを、好ましくは有機タイプである溶媒を用いて、抽出するステップ。
こうして得られた溶液は、水性タイプのものであり、それらは、7と13の間、好ましくは8と12の間のpHを有することに特徴がある。
好ましくは、トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン(THAM)および/またはN−メチル−D−グルカミン(NMG)(単数又は複数)は、少なくとも80%水性の溶液に、より好ましくは水に溶けている。
有利には、溶けているトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン(THAM)および/またはNMGの量は、0.05と5Mの間であり、それは、より有利には、0.2と1Mの間である。
有利には、含浸溶液の調製の間に使用されるエピクロロヒドリンの過剰量は、30%までであることができ、より一層有利には、エピクロロヒドリンの過剰モル量は約20%である。過剰量は、好ましくは、0.1molのNMGまたはTHAM当たり、約0.12mol(20%の過剰)のエピクロロヒドリン(11.1グラム)を加えることによって得られる。
本発明の第3の主題の特定の実施形態によれば、過剰量のエピクロロヒドリンが加えられるステップで得られる含浸溶液は、1時間撹拌される。
有利には、撹拌温度は5と60℃の間、より好ましくは10と50℃の間であり、より一層有利には、この温度は周囲温度に一致する。
好ましくは、含浸溶液の調製に使用される前記溶媒は有機タイプのものであり、それは、水不溶性であり、また合成された分子を抽出できる溶媒からなる群から選択される。したがって、それは、ハロゲン化溶媒、好ましくはジクロロメタンであり得る。
有利には、抽出は、好ましくは、前のステップで得られる溶液の容積の最大2倍を占める容積の有機溶媒により、連続する少なくとも2つのステップで実施される。
こうして得られる本発明の含浸溶液のpHは、有利には、8と13の間、より好ましくは約10である。
本発明の第3の主題をなす含浸溶液は、多糖の部分がセルロースをベースとしたもの、より好ましくは木材をベースとしたものである多糖をベースとした材料の処理に特に適している。
多糖をベースとした材料(好ましくはセルロースをベースとしたもの、より好ましくは木材)のための、本発明の含浸溶液の好ましいサブグループは、
− 1重量%から50重量%、好ましくは2重量%から20重量%、より好ましくは5重量%から15重量%の錯化剤;
− 40重量%から99重量%、好ましくは80重量%から95重量%、より好ましくは約90重量%の水または水系溶液;および
− 10重量%未満の不純物および/または添加剤(これらの添加剤は、好ましくは、「変性」樹脂、反応性希釈剤、含浸を容易にするための界面活性剤または目標とする領域に安定化するための緩衝液、あるいは「フィラー」からなる群から選択され、添加剤は、好ましくはアルミナまたはシリカの群から選択される);
を含む。
本発明の含浸溶液の特定のサブグループは、不純物が、結合性分子(エピクロロヒドリン、エチレングリコール、グリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、ジグリシジルエーテル、ジグリシジルメタクリレートなど)の誘導体から、または結合性分子と錯化機能剤(これは、好ましくは、NMG、THAMまたはこれらの混合物である)との間の反応の副生成物からなる群から選択される、含浸溶液からなる。
本発明の第4の主題は、多糖をベースとした材料の壁により囲まれ、またホウ素を組み入れるポリマーマトリックスからなる。これらのマトリックスは、少なくとも次のステップを実施することによって多糖をベースとした材料において得られる:
a)モノマー、架橋剤およびキレート分子を可溶化するステップ;
b)木材の場合、特に引っ掻くことおよび/または乾燥により多糖をベースとした材料を状態調節する(任意選択の)ステップ;
c)多糖をベースとした材料のキャビティの中に処理溶液を挿入する(好ましくは、処理される多糖をベースとした材料を入れた反応器を部分的減圧(不完全真空)にした後で)ステップ;
d)ポリマーマトリックスを架橋させるために、多糖をベースとした材料を、好ましくは60℃で1時間、加熱するステップ;および
e)前のステップの処理の後、多糖をベースとした材料に、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンおよび/またはヨウ素をベースとした溶液を用いて、含浸させるステップ。
好ましい実施形態によれば、本発明のポリマーマトリックスは、ホウ素および/またはシリカおよび/またはアルミニウムおよび/またはリンを保存剤として組み入れており、これらのポリマーマトリックスは、ポリマーマトリックスの1質量%から80質量%、好ましくは2質量%から20質量%、より好ましくは約10質量%を占める量で、該ポリマーマトリックスにグラフトされた少なくとも1種のキレート剤の存在を特徴とする;ホウ素、シリカ、リンまたはアルミニウム系の保存剤は、ポリマーマトリックスの1質量%から80質量%、好ましくは2質量%から20質量%を占め、より有利には、それは、保存剤に対するキレート剤のモル比2:1で存在する。
本発明の第5の主題は、次のステップを含む、多糖をベースとした材料を処理する方法からなる:
a)8と13の間で、好ましくは10の領域にあり、好ましくはNaOHを用いて調節されるpHの、本発明の第3の主題において定義された少なくとも1種の溶液を用いて、前記材料に含浸させるステップ;
b)前のステップにより含浸した材料を、40と105℃の間の温度で、好ましくは50と80℃の間の温度で、より好ましくは約60℃の温度で、好ましくは15分と24時間の間、より好ましくは30分と1時間の間の時間、加熱するステップ;および
c)前のステップで得られた加熱された材料に、ホウ酸、八ホウ化二ナトリウム四水和物(DOT)、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウム、およびこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される化合物の溶液(この溶液は、0.1と2.0の間、好ましくは0.2と1.0の間の範囲のホウ素分子と錯化剤とのモル比、より有利には、約0.5のホウ酸と錯化剤のモル比が得られる濃度を有する)を用いて、含浸させるステップ。
好ましくは、ステップa)およびc)は同時に実施され、その後ステップb)が続く。
本発明の第5の主題の変形形態によれば、多糖をベースとした材料を処理するための方法は、次のステップを含む:
a’)式ClCHCH(OH)CHNHC(CHOH)の化合物を含む含浸溶液を、
− 0.05から0.50mol、好ましくは0.1mol(12.112グラム)のTHAMを、50から500ml、好ましくは125mlの水に溶かすステップ、
− 0.06から0.60mol、好ましくは0.12mol(20%過剰)のエピクロロヒドリン(11.1グラム)を加えるステップ、
− 前のステップで得られた溶液を、好ましくは1時間、有利には周囲温度で、撹拌するステップ、
− 反応しなかった過剰量のエピクロロヒドリンを除去するために、前の撹拌ステップで得られた溶液を、抽出される溶液の最大2倍の容積に当たる容積のCHClを用いて抽出する(任意選択の)ステップ(この抽出は、好ましくは、10と100mlの間、より一層有利には、約50mlのCHClにより実施される)、
により調製するステップ、
b’)多糖をベースとした材料に、7と13の間、好ましくは8と12の間、より好ましくは10のpH(このpHは、必要量(0.8ml)のNaOH(50%)の添加によって調整される)の、前のステップで得られた含浸溶液を含浸させるステップ(木材試料への挿入は、有利には、減圧下で、より好ましくは−65cmHgの減圧で実施される);
c’)0.5から24時間、好ましくは18時間続く反応の間、50と70℃の間、好ましくは60℃で加熱するステップ;および
d’)こうして変性された多糖をベースとした材料に、約0.33M(2質量%)のホウ酸水溶液(この溶液のpHは、4.58mlのNaOH(50%)の添加により、4.68から10に変わった)を含浸させるステップ(木材試料への挿入は、有利には、減圧下で、より好ましくは−65cmHgの減圧で実施される)。
好ましくは、ステップb’)およびd’)は同時に実施され、その後ステップc’)が続く。
本発明の利点のある実施形態によれば、処理ステップa’)において、前記溶液は、好ましくは、水で調製され、
− 0.2%から2.5%、好ましくは約1.2%のHBO
− 溶液中の、10%から40%、好ましくは約20%のGMHP;および
− 0.1%から2.5%、好ましくは約1%の熱開始剤(これは、有利には、VA−060である)
を含む。
本発明の特に利点のある実施形態によれば、本発明の含浸溶液は、処理される木材の合計1m当たり、少なくとも5kgの処理溶液、好ましくは少なくとも15kgの処理溶液の割合で、より一層有利には20から120kgのこうして調製された処理溶液の割合で、適用される。
この処理は、有利には、周期的に、好ましくは5年毎に実施され、保護されるべき多糖をベースとした材料の寿命を延長させるために繰り返される。
本発明の第6の主題は、本発明の第1の主題において定義されたか、または本発明の第2の主題において定義された方法の1つの実施によって得られる、少なくとも1つの多糖をベースとした固体材料を含む物品からなる。
本発明の物品は、有利には、機械加工、彫刻、圧縮固化または成形により調製され、それらは、有利には、玩具、屋外家具、建築用木材、パティオ(テラス、中庭)のデッキ材、および多目的木材からなる群から選択される。
これらの多糖をベースとした物品は、殺バクテリア剤、殺菌剤、殺虫剤および/または難燃剤の存在の下での特別な安定性のおかげで、顕著な保存性を、特に、屋外環境および/または特に攻撃的な環境において示す。これらの例外的な性質は、物品を構成する材料に、環境に対して毒性のある化学製品を組み入れることなく、あるいは、低減された量の、環境を損なう可能性のある化学製品を組み入れることによって、得られる。
非限定的例として、玩具、屋外家具、建築用木材、多目的木材、および湿気の多い熱帯または亜熱帯環境(これらは、バクテリアまたは菌類媒介体の特に攻撃的な発育に適した高い湿分含量を特徴とする)において通常使用される任意の物品を挙げることができる。
本開示との関連において、以下では、次の定義が用いられる。
活性剤または保存剤
「保護化合物」という用語は、次の性質の少なくとも1つを有する化合物に対して用いられる:殺バクテリア剤、殺菌剤、殺虫剤および難燃剤。これらの保護化合物は、有利には、ホウ素、ホウ素誘導体(好ましくは含酸素ホウ素誘導体、例えばボラート)、シリカ、シリカ誘導体(好ましくは含酸素シリカ誘導体)、アルミニウム、アルミニウム誘導体(好ましくは含酸素アルミニウム誘導体、例えばアルミナ)、アルミノシリケート誘導体、リン誘導体(好ましくは含酸素リン誘導体)、ヨウ素、含酸素ヨウ素誘導体、ならびにこれらの少なくとも2つの混合物からなる群から選択される。含酸素ホウ素誘導体の中では、ホウ酸を挙げることができる。また、ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、八ホウ素二ナトリウム四水和物(DOT)、メタホウ酸ナトリウム、五ホウ酸アンモニウム、ホウ酸カリウム、四ホウ酸カリウム、五ホウ酸カリウムも挙げることができる(より網羅的なリストについては、Rio Tinto Borax社を参照:http://www.borax.com/)。
多糖(多糖類)
これらは、木材、デンプン、グアーガム、キサンタンガム、セルロース、キチン、キトサン、グリカン(glycans)、ガラクタン、グルカン、ヘミセルロース、ペクチン、マンナン、デキストリンである。好ましいデンプンは、ジャガイモデンプン、トウモロコシデンプン、コムギデンプン、タピオカデンプン、コメデンプン、モチデンプン(waxy starch)、オオムギデンプンなどである。好ましいセルロースは、カルボキシセルロース、メトキシエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどである。意図されている多糖は、天然由来のものであり、無変性であるか、または化学的および/または物理的処理によって変性されている。
多糖をベースとした固体材料
これは、ある特定のパーセンテージの多糖を含む任意の材料であり、また、好ましくは室温(周囲温度)で、固体である。それは、非限定的には、木材、凝集粒子のパネル、合板またはOSB(配向性ストランドボード)であり得る。
本発明の多糖をベースとした固体材料は、有利には、内部キャビティ(空洞)を含み、このキャビティの壁は主に炭水化物からなり、キャビティの大きさは、有利には5×10−2mm未満、より際立っては、5×10−5mmと2×10−2mmの間である。
エポキシ樹脂
これは、有利には、任意の水溶性エポキシ樹脂である。エチレングリコールジグリシジルエーテル(CAS:2224−15−9)、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル(CAS:4206−61−5)、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(CAS:2425−79−8)およびポリエチレングリコールジグリシジルエーテル(Mw=526)(CAS:26403−72−5)は、全て、Sigma−Aldrichから入手可能であり、可能性のある候補の例である。
錯化分子(complexing molecule)
これは、一般的に、ビシナル(隣接)炭素にヒドロキシル官能基を、または高濃度のヒドロキシル官能基を含む。選択される分子はまたアミン官能基も有する。高濃度のヒドロキシル官能基の存在により、ボレートの錯化が可能になり、他方、窒素原子は、ホウ素の錯化を促進するように、「局所的な」pHを許容される値に保つことによって、これらの相互作用を安定化することを可能にする。
「硬化」剤(curing agent(hardenner))
これらの機能は、反応性化学種の重合を保証することである。それらは、有利には、第1級または第2級アミンおよびポリアミン、無水物、ポリアミド、アルコールなどから選択され得る。本発明による含浸法が実施される場合にかなりの簡単化をもたらすのは、可溶性分子の選択の問題である。
以下で、実施例は、木材で実施され、単に例示として記載され、本発明の何らかの限定をなすと解釈されるべきではない。
木材の化学的処理によって、錯化剤は木材のセル(cells)の中に導入される、または木材のセルに固定される。ホウ酸または八ホウ酸二ナトリウム四水和物(DOT)は、腐食または有害な昆虫から木材を保護するために、この作用剤に添加されるであろう。特定の錯化剤の使用により、ホウ酸または八ホウ酸二ナトリウム四水和物(DOT)分子の浸出をかなり少なくすることが可能になるので、これらの木材保存剤を屋外用途に使用することが可能になる。
図1から4は、木材の4つの異なるセルの概略的断面図を示し、図では、ヒドロキシル官能基が「OH」によって表されている。これらの4つの図において、木材の壁の中に挿入されたキレート剤「A」の様々な相互作用の状態が表現されている。
図1は、木材のセルの中へのキレート剤「A」の挿入を示し、キレート剤は添加される殺菌剤と相互作用することができる;しかし、キレート剤はセルの壁にもポリマーマトリックスにも結合していない。
図2では、キレート剤は、それが木材のセルの壁と相互作用できる官能基を有するように選択(または変性)されている。その結果、このキレート剤は、壁に固定され、後に添加される殺菌剤をよりよく保持することが可能になる。こうして、浸出の度合いは著しく低減される。
図3では、キレート剤は木材のセルの中に挿入されたポリマーマトリックスと反応する。様々な反応剤がモノマーの形で挿入される。この場合、含浸後、キレート剤が固定されるポリマーマトリックスを生成するように、様々な分子が反応させられる。
図4では、図3の場合のように、キレート剤はポリマーマトリックスに固定される。しかし、モノマーのいくつかが、セルの壁に存在するヒドロキシル官能基と相互作用できる官能基を有するように、様々なモノマーが選択される。
有利にも、処理された木材の性質は、本発明の含浸法の実施によって改善された。実施例1から4は、本発明の2つの変形形態を例示する。すなわち、第1に、実施例1および2における、木材のセルの壁への錯化分子の直接固定、ならびに、第2に、実施例3および4における、錯化分子が組み入れられたポリマーマトリックスの調製、である。このマトリックスは、この場合、続いて、モノマーから、木材のセルにおいて「その場で(in situ)」に合成される。
実施例1および2は本質的に同じである。「錯化」剤の選択だけが変更されている。
実施例1および2
要約すると、本発明者等は、ホウ素を保持するための錯化特性を有し、また木材のセルに存在するヒドロキシル官能基と反応できる官能基(あるいは機能)を有する分子を生成させようと試みている。説明において、ステップ1から5は、この目的を達成することを目指している。
錯化剤は、ホウ素の分子を、これらの2つの分子の間に水素結合を生成させることによって保持するようにここでは選択される。これらの分子(NMGまたはTHAM)はまた、「活性」ホウ酸または硼砂分子を一層適切に保持するように、窒素原子も有する。これは、錯化環境をアルカリ性のpHに保つために必要である。これらの分子が有すべき構造に関する詳細は、とりわけ、次の文書:J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,1998,vol.94,683−689の689頁、またはAmberlite IRA743についてのRohm & Haasのサイト(www.rohmhaas.com/ionexchange/boron_print.htm)に記載されており、Amberlite IRA743樹脂は、メチルグルカミン官能基を有するスチレン樹脂:
R−CH−N(CH)−CH−CHOH−CHOH−CHOH
−CHOH−CH−OH
であり、Rは、ポリマーマトリックスを表し、活性基は本質的に、「糖の尾(sugar tail)」を有する弱い塩基(第3級アミン)である。
構造式は下で与えられる。
Figure 0005160533
ボラート[B(OH)としてのホウ素の同化(assimilation)は、錯体の形成を生じる複雑な機構である。この仮定に拘束されることなく、次の表現が最終の結果であると考えられる。
Figure 0005160533
NMG(実施例1)およびTHAM(実施例2)は、これらの規準を満たす多くの分子の中にはいっている。エピクロロヒドリン分子がこれらの分子と反応させられる。その目的は、「錯化」分子に、木材のセルの壁に存在するヒドロキシル官能基に、錯化分子をグラフトすることを可能にする官能基を付け加えることである。反応後に、過剰に添加されたエピクロロヒドリンの痕跡量を除去するために、塩化メチレン(CHCl)が用いられる。これらのステップの最後に、所望の分子が得られ、この分子は、第1に、ホウ素の分子を有効に錯化し、第2に、適切なpH条件の下で(NaOHの存在)木材のヒドロキシル官能基にグラフトされる。アルカリ性のpHが、グラフト化反応が起こるために必要である。
挿入された分子は、木材の壁と反応するように、60℃に加熱される。最適条件はまだ知られていないが、本発明者等は、木材に固定するための反応は1時間未満で起こることを知っている。このステップはまた、第2の含浸ステップを可能にするために、木材から含有湿分を蒸発させることも可能にする。
第2の含浸ステップは、ホウ素の適切な錯化を可能にするように、中性または塩基性pHのホウ酸の水溶液を含む。
実施例1:木材のセルの壁へのグラフト
第1ステップ
1. 0.1mol(19.5g)のNMGを150mlの水に溶かす。
2. 0.12mol(20%過剰)のエピクロロヒドリン(11.1g)を加える(これは、木材のセルの壁にNMGをグラフトすることを可能にする)。
3. 混合物を周囲温度で1時間撹拌する。
4. 過剰量のエピクロロヒドリンを除去するために、混合物を、50mlのCHClにより2回抽出する;これは、エピクロロヒドリンを除去することを可能にするが、合成の成功にとって本質的ではない。
5. 水溶液は次の分子を含む。
ClCHCH(OH)CHN(CH)CH(CHOH)CHOH
6. この分子は、pH=10(NaOH)で、木材に迅速に含浸される。
ステップ1から5は、Grinsteadの特許(番号US−A−4,755,298、その内容は、参考文献として本出願に組み込まれる)に記載の変形形態により実施できる。
アルカリ性のpHは、塩素と、木材の壁に存在するヒドロキシル官能基とを反応させるために必要であるように思われた。立方体の形状の木材試料は、アメリカアカマツ辺材(red pine sapwood)からなり、その湿分含量は9〜10%である。
木材−OH+Cl−R+NaOH→NaCl+HO+木材−O−R、60℃で
7. 反応が起こるように、混合物を60℃で24時間加熱する(分子のグラフト化+水の除去)。
第2ステップ
8. ホウ酸(0.5M)を、減圧(真空)下に(−65cmHg)アルカリpH(pH=9)で含浸させる。
こうして、NMG官能基でのホウ素の錯化が行なわれる。
こうして処理された木材は、木材の最初の重さに対して、2.0重量%のホウ素、および1.9重量%の錯化剤を含む。浸出に対する耐性に関する測定は、改変したAWPA手順E11−06(5面がプロテクトされたもの)に従って実施した。その結果、キレート剤の添加無しでホウ酸により処理した試料での67%の損失値に対して、キレート剤の存在下では8日間で37%のホウ素の損失値を与えた。
実施例2:木材のセルの壁へのグラフト
第1ステップ
1. 0.1mol(12.1g)のトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン(THAM)を、125mlの水に溶かす。
2. 0.12mol(20%過剰)のエピクロロヒドリン(11.1g)を加える。
3. 混合物を周囲温度で1時間撹拌する。
4. 過剰量のエピクロロヒドリンを除去するために、混合物を、50mlのCHClにより2回抽出する。
5. 水溶液は次の分子を含む。
ClCHCH(OH)CHNHC(CHOH)
6. この分子は、pH=10(NaOH)で、木材に迅速に含浸される。
7. 反応が起こるように、混合物を60℃で24時間加熱する(分子のグラフト化+NaCl)。
第2ステップ
8. ホウ酸(0.5M)を、減圧(真空)下で(−65cmHg)アルカリpH(pH=9)で含浸させる。
ステップ1から5は、番号US−A−4,755,298を有するGrinsteadの特許(この内容は、参考文献として本出願に組み込まれる)に記載の変形形態により実施できる。
こうして処理した木材は、木材の最初の重さに対して、2.7重量%のホウ素、および3.3重量%の錯化剤を含む。浸出に対する耐性に関する測定は、改変したAWPA手順E11−06(5面がプロテクトされた)に従って実施した。その結果、キレート剤の添加無しでホウ酸により処理した試料での32%の損失値に対して、キレート剤の存在下で15日間で23%のホウ素の損失値を与えた。
実施例3、3’、4および4’
これらの実施例は、どちらかといえば、キレート剤がグラフトされているポリマーの挿入に関する。
実施例3は、キレート官能基を含むポリマーの、木材のセル中への挿入の可能性を要約する。これらの場合には、キレート分子を含むゲル(前もってのエポキシ樹脂およびホウ素原子の挿入の後で、その場で(in−situ)生成され、木材の多孔質セルの中に挿入される)が有利に用いられる。
この実施例では、エポキシ樹脂(反応性オキシラン構造を含む分子)と、アミンをベースとしたもの、アルコールをベースとしたもの、無水物をベースとしたものなどの硬化剤との反応によって、エポキシマトリックスが得られる。
最適のエポキシを得るために、等量のオキシラン官能基とアミン性プロトンとを挿入することが重要である。実施例の特定の場合において、市販の水溶性硬化剤と共に、ある樹脂が選択され、適量のNMGがそこに添加されるであろう。
NMGは、そのアミン官能基のおかげで、硬化剤の分子と似た様にこの樹脂と反応できる。市販のエポキシによって3次元網目が生成し、その中で、ある特定のサイトが活性NMG分子によって占有されるであろう。溶液に添加されるNMGの「効果的な」量は、有利には、最適化される。
より詳細には、この実施例において、樹脂およびホウ酸の第1溶液が調製され、木材に含浸される。減圧(真空)下での含浸後に、過剰量の水を除去するために、加熱が60℃で実施される。
この溶液は、次に、木材に含浸されるであろう。続く60℃での加熱ステップは、架橋を開始させ、架橋は引き続き、次の数日をかけて完了するはずである。
木材のセル中に挿入されたポリマーマトリックスでのホウ素の錯化のための実施例3の詳細を以下に示す:
1. 210gのポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテル(Mw=526)および12.4gのホウ酸を100mlの水に加える。ホウ酸の溶解を容易にするために、この試料を穏やかに加熱する。
2. 次いで、この溶液を立方体の木材試料(19m×19mm×19mm)に、減圧(真空)下で含浸させ、次に、過剰量の湿分を除去するために、60℃で一夜乾燥する。
3. 78グラムのNMGを100mlの水に希釈する。
4. 木材に、減圧(真空)下で含浸させる。
5. 加熱を、60℃で24時間実施する。
6. NMGはエポキシ樹脂と反応する(グラフト化)。
エポキシ樹脂は、ホウ素−錯化官能基を有するエポキシをベースとした網目を生成するように、NMGのアミンおよびヒドロキシル官能基と反応する。
木材のセル中に挿入されたポリマーマトリックスでのホウ素の錯化のための実施例3’の詳細を以下に示す。この挿入は単一ステップで実施される:
1. 7gのHBO(ホウ酸)を100mlの水に溶かす。
2. 31.6gのNMG(N−メチル−D−グルカミン)をこれに加える。
3. 可溶化後、5グラムのEDA(エチレンジアミン)を加える。
4. 溶解した後、130グラムのPEGDEG(ポリエチレングリコール(400)ジグリシジルエーテル)を加え、次いで、混合する。
5. 直ちに木材に減圧(真空)下で(−65cmHg)含浸させる。
6. 加熱を、60℃で24時間実施する。
エポキシ樹脂は、多糖をベースとしたマトリックス中でその場で(in−situ)、ホウ素を錯化する官能基を有するエポキシをベースとした網目を生成するように、NMGのアミンおよびヒドロキシル官能基、ならびにEDAのアミン官能基と反応する。
実施例4は、このタイプの手法の第2の例であることが分かる。
手短に言えば、第1ステップでは、NMG分子に架橋官能基をグラフトすることが目的である。グリシジルメタクリレート(GM)は、NMGにグラフトされるように高温(70℃)で反応して、GMHP(3−(N−グリシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート)を生成する。
一旦この分子が得られると、この溶液は水で希釈され、それは、架橋網目を生成するように、熱開始剤(Na)、および2つのアクリレート官能基を有するモノマー(PEG400ジアクリレート)に添加されるであろう。
これらの溶液が木材の中に挿入され、前記溶液が木材のセル中で架橋ポリマーを生成した後で、木材は、再び、ホウ酸の水溶液(水中に2重量%のホウ酸)により含浸され、ホウ酸はこのNMGと錯化する。
実施例4の詳細−木材のセルの中に挿入されたポリマーマトリックスでのホウ素の錯化:
1. 9.75g(50mmol)のN−メチル−D−グルカミンおよび7.5ml(55mmol)のグリシジルメタクリレートを30mlのN−メチルピロリドンに加える。グリシジルメタクリレートは(GM)は水溶性ではないので、この合成の間、n−メチルピロリドンを溶媒として用いる。NMG官能基を有するポリマーを生成するように熱開始剤により反応するメタクリレート官能基を付け加えることを、このGMは可能にする。
2. 溶液を窒素雰囲気下で70℃で6時間混合する。
3. 混合物を放冷する。
4. 0.5gのNaおよび1.01gのPEG400ジアクリレートを、30mlの水に加える。過硫酸ナトリウムは熱開始剤の役割を果たす。それは、合成された分子のメタクリレート官能基の反応、したがって重合を可能にする。
5. 2つの溶液を一緒にし、次いで、木材に含浸させる(非常に速い架橋:2分)。
6. 2重量%のホウ酸水溶液を調製し、次いで、濃厚NaOH溶液を用いて、10.3のpHに調節する。減圧(−65cmHg)下で3時間、浸漬を行う。
こうして処理した木材は、木材の最初の重さに対して、2.3重量%のホウ素、および14.6重量%の錯化剤を含む。浸出に対する耐性に関する測定は、改変したAWPA手順E11−06(5面がプロテクトされた)に従って実施した。その結果、キレート剤の添加無しでホウ酸により処理した試料での67%の損失値に対して、キレート剤の存在下で8日間で46%のホウ素の損失値を与えた。
方法のステップ1および2の他の変形形態が、Bizak等(Macromol.Chem.Phys.201,2000,577−584)による公表を基本に用いて実施できる。
実施例4’は、このタイプの手法の第2の例であることが分かる。しかしながら、木材の処理は単一ステップで実施される。
アクリル官能基を有するモノマーにより得られるポリマーゲルを用いて同様の結果を得ることが可能である。このマトリックスの調製は、Bizak等によって提案された方法によって得られる。モノマーは、グリシジルメタクリレート(GM)をn−メチルグルカミン(NMG)と、モル比(11:10)(GMが僅かに過剰である)で反応させることによって得られる。モノマーを調製するためのこの反応は、70℃に加熱したNMP(N−メチルピロリドン)の溶液中で、7時間で(または溶液が水に溶けるまで)実施される。こうして、3−(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP)が得られる。溶媒(この場合はNMP)は、所望の用途に応じて除去されることも、されないこともある。GMHPは、特にフリーラジカル開始剤(熱または光開始剤)の存在下で、または電子線(e−ビーム)の存在下で架橋し得るモノマーである。
一旦この分子が得られると、この溶液は水で希釈され、それは、架橋網目を生成するように、熱開始剤(例えば、Wako Chemicals USAによるVA−060:2,2’−アゾビス[2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン]二塩酸塩一水和物)に添加される。生成するゲルの性質を改変するために、この基本的配合に、1つまたは複数のアクリレート官能基を含む他のモノマーを添加できる。
溶液:
− 0.625gのHBO
− 25mlのGMHP溶液(例えば、下に記載の調製物);および
− 0.625gのVA−060;
− 25mlのHO中に。
前記溶液は、立方体のアメリカアカマツ辺材(19mm×19mm×19mm)に含浸させることによって、多糖をベースとしたマトリックス中に挿入される。溶液は減圧(真空)下(−65cmHg)で30分間含浸させる。架橋は、不活性雰囲気下で75℃で一夜加熱することによって実施される。不活性ガスの使用は、大きな寸法の試料では必要ないことに注意すべきである。
この処理は、1回の含浸ステップで木材を処理する1つのステップを含み、その後、架橋ステップが続く。この実施例では、熱開始剤が例として用いられるが、アクリレート官能基を反応させることによってポリマーを架橋するために用いられる、文献に知られた他の技法を用いることが可能である。
実施例4’の詳細−木材のセル中に挿入されたポリマーマトリックスでのホウ素の錯化:
1. 8.125g(50mmol)のN−メチル−D−グルカミンおよび6.25ml(55mmol)のグリシジルメタクリレートを、25mlのN−メチルピロリドンに加える。グリシジルメタクリレートは(GM)は水溶性ではないので、この合成の間、N−メチルピロリドンを溶媒として用いる。NMG官能基を有するポリマーを生成するように熱開始剤により反応するメタクリレート官能基を付け加えることを、GMは可能にする。
2. 溶液を窒素雰囲気下で70℃で6時間混合する。
3. 冷却されるようにして、25mlの水に、0.625gのVA−060を加える。VA−060は熱開始剤の役割を果たす。それは、合成された分子のメタクリレート官能基の反応、したがって重合を可能にする。この溶液に0.625gのホウ酸を加え、その後、混合する。
4. 25mlの2つの調製溶液を一緒に混合し、次いで、1回のステップで、アメリカアカマツ辺材からなる19mm×19mm×19mmの立方体の木材に、減圧(−65cmHg)を用いて含浸させる。
5. 木材のセル内でポリマーマトリックスが架橋するように、溶液を含浸させた木材を不活性雰囲気下(窒素スウィープ(sweeping))で75℃で一夜加熱する。
こうして処理した木材は、最初の木材の重さに対して、1.3重量%のホウ素、および22重量%の錯化剤(GMHP)を含む。浸出に対する耐性に関する測定は、AWPA手順E11−06に従って実施した。その結果、架橋されてないキレート剤の存在下でホウ酸により処理した試料での100%の損失値に対して、キレート剤の存在下で14日間で45%のホウ素の損失値を与えた(前者の場合、3日経たない内に損失は達成された)。挙動の要約を図5’に与える。
実施例は、例示として記載され、成分の選択を限定しない。例として、含浸溶液はまた、次の要素の少なくとも1つを含み得る:
− 含浸剤(木材のセルの中への溶液の含浸を容易にするため);
− フリーラジカル抑制剤(処理溶液を安定化させるため);
− UV安定剤(調製されるポリマーの有用寿命を延長させるため);
− 酸化防止剤;
− 酸素捕捉剤;
− 染料
− イオン性開始剤;および
− ポリマーマトリックスの配合に通常用いられる他の添加剤。
方法のステップ1および2の他の変形形態が、Bizak等(Macromol.Chem.Phys.201,2000,577−584)による刊行物を基本に用いて実施できる。
実施例5および5’−比較試験
実施例5−含浸
式:ClCHCH(OH)CHNHC(CHOH)の化合物を含む含浸溶液を以下の通り調製した:
− 0.1mol(12.112g)のTHAMの125mlの水への溶解;
− 0.12mol(20%過剰)のエピクロロヒドリン(11.1g)の添加;
− こうして得た溶液の、1時間、周囲温度での撹拌;および
− 反応しなかった過剰量のエピクロロヒドリンを除去するための、撹拌による前のステップで得た溶液の、容積50mlのCHClを用いる抽出。
前のステップで得た含浸溶液による立方体の木材(19mm×19mm×19mm)への含浸を行い、pHは10に調節した。このpHは、必要量(0.8ml)のNaOH(50%)を加えることによって調節する;これらの濃度で、3.17mmolの錯化剤が木材の壁に固定されるであろう。
60℃で18時間のブロックの加熱(小さいブロックでは固定処理、および第2の含浸を容易にするための水の除去を加速するために、この乾燥時間は長くなる)。
次に、溶液で1.31mmol(2質量%のホウ酸)を挿入するための、こうして変性された多糖をベースとした材料へのホウ酸水溶液の含浸を行う;このために、4.58mlのNaOH(50%)の添加により、pHを4.68から10に変えた;木材試料への挿入は、有利には、減圧下で、より好ましくは−65cmHgの減圧下で実施する。
実施例5’−含浸
実施例4’に記載の、GMHPを含む含浸溶液の調製:
1. 8.125g(50mmol)のN−メチル−D−グルカミンおよび6.25ml(55mmol)のグリシジルメタクリレートを25mlの2−メチルピロリドンに加える。グリシジルメタクリレートは(GM)は水溶性ではないので、この合成の間、N−メチルピロリドンを溶媒として用いる。NMG官能基を有するポリマーを生成するように熱開始剤により反応するメタクリレート官能基を付け加えることを、このGMは可能にする。
2. 溶液を窒素雰囲気下で70℃で7時間混合する。
3. 混合物を放冷する。
4. 0.625gのVA−600を25mlの水に加える。VA−600は熱開始剤の役割を果たす。それは、合成された分子のメタクリレート官能基の反応、したがって重合を可能にする。
5. 0.625gのホウ酸をこの溶液に加え、次いで混合する:
− 含浸溶液による木材立方体(19mm×19mm×19mm)への含浸;木材試料中への挿入は、有利には、減圧下で、より好ましくは−65cmHgの減圧で実施される;および
− ブロックを乾燥し、そこでの架橋が可能であるように、窒素雰囲気下で、75℃で18時間のブロックの加熱を行う。
溶出したホウ素の量の分析技法−実施例5および5’
この技法はAWPAプロトコルE11−06に基づく。ブロックは周囲温度で脱塩水に浸漬される。水の試料が規則的に採取され、溶液中に存在するホウ素の量を見積もるために、IPC分光法による分析が実施される(溶液を250倍に希釈した後)。結果を図5および5’に与える。
これらの結果は、似ているが、キレート剤が架橋されなかった試料と比較される。これらの対照試料は、同じ溶液を用いて、架橋されていないキレート剤の存在下におけるホウ素の含浸のためのステップだけを経た。
図5において、実施例5(丸)の試料は、実施例2の手順に記載した本発明の含浸プロトコルに従って調製した。
したがって、それは、ホウ素が存在し、木材の化学的変性によって固定されたTHAMをベースとしたキレート剤が存在する木材試料である。さらに、リファレンスの試料(白四角)は、同じプロトコルに従って、しかし、架橋ステップを省いて調製された。したがって、それは、ホウ素およびキレート剤が存在する木材試料である(対照試料)。
図5’において、実施例5’の試料(丸)は、実施例4’の手順に記載した本発明の含浸プロトコルに従って調製した。したがって、それは、ホウ素およびNMGをベースとしたキレート剤の存在する木材試料である。さらに、リファレンスの試料(白四角)は、同じプロトコルに従って、しかし、架橋ステップを省いて調製された。したがって、それは、ホウ素、および架橋されていないキレート剤が存在する木材試料である(対照試料)。
図5’に報告された比較により、調製された試料の5つの表面を保護しないで14日間浸漬した後、ホウ素の浸出度合いの45%の減少を明らかにすることが可能である。
実施例6−ホウ素保持度合いの分析
様々な処理による木材の耐分解性を評価する試験を、AWPAプロトコルE10−06に従うことによって実施した。これらの試験は、2種の木材腐朽菌:ポスティアプラセンタ(Postia Placenta)およびキチリメンタケ(Gleophyllum trabeum)を用いて実施した。
業界で現在使用されている処理に関連付けて本発明の処理を正しく位置づけるために、CCAまたはCu−アゾールにより処理された木材試料についても試験を実施した。本発明の非限定的な(説明的な;descriptive)処理は、菌類の攻撃に対して木材を保護するために用いられ、実施例3の処理に似ている。
ゲルを、エポキシの調製によって生成させる。比較として、2つの調製物を製造した:1つは殺菌剤としてホウ酸を有し(調製物1)、他方は八ホウ酸二ナトリウム四水和物(DOT)を有する(調製物2)。
調製物1:7gのHBO(ホウ酸)を100mlの水に溶かす;溶けた後、これに、31.6gのNMG(N−メチル−D−グルカミン)を加える。5gのEDA(エチレンジアミン)を加える;溶けた後、130gのPEGDGE(ポリエチレングリコール(400)ジグリシジルエーテル)を加え、その後、撹拌する。
この溶液は、木材に含浸させるために直ちに用いる。
調製物2:7gの八ホウ酸二ナトリウム四水和物(DOT)を100mlの水に溶かす;これに、31.6gのNMG(N−メチル−D−グルカミン)を加える。溶けた後、これに、5gのEDA(エチレンジアミン)を加える;溶けた後、130gのPEGDEG(ポリエチレングルコール(400)ジグリシジルエーテル)を加え、その後、撹拌する。
この溶液は、木材に含浸させるために直ちに用いる。成分の添加順序は、調製技法に合わせて調節できることに注意すべきである。これは、可能な技法の1つにすぎない。
これら2つの調製物は、アメリカアカマツ辺材の19mm×19mm×19mmのブロックを、−65cmHgの減圧下に30分間保つことによって処理するために用いる。このタイプの溶液は、1時間後に、木材のセル内にゲルを生成する。架橋過程を加速し、乾燥するように、ブロックを60℃で一夜加熱する。
木材にホウ素を保持し、木材保存剤の役割を果たさせるための、本発明の処理の達成能力を確証するために、処理したブロックを、キレート化されていないホウ酸またはDOTの全ての痕跡を抽出するために、1週間、脱塩水に浸漬した。
乾燥した後、ブロックに、AWPAプロトコルE10−06に厳密に従って、実験室で「土塊(soil−block)」培養試験を行なった。
図6は、この実施例に記載した方法に従って得た、様々な保存剤(2%CCA、1.04%CuCu−アゾール、9kg/mのホウ酸、15kg/mのホウ酸+キレート剤(調製物1)、および12kg/mの硼砂+キレート剤(調製物2))により処理したブロックを劣化菌類に20週暴露した後の重量減(パーセンテージとして)を要約する。ホウ酸およびDOTの含量は、浸出処理の後、これらの作用剤が8kg/m残るように調節した。
20週の試験後に得た結果は、無処理試料、およびキレート剤なしにホウ酸で処理し浸出した試料でのかなりの損失を示している。これらの構成で得られた結果は、受けた劣化に関して非常に似ており、この結果は、浸出の間、ホウ酸は木材内に保持されていないので、これらの条件下で木材を保存するための役割を果たしていないことを立証している。
予想されるように、CCAまたは銅−アゾールにより処理された試料は、元のままの状態を保ち、木材の非常に僅かな部分が失われている(全ての場合において損失は2%未満)。非常に類似した結果が、本発明において記載の試料で得られている。処理した試料のかなりの期間の浸出後、ホウ素のかなりの部分は保持される(最初に挿入されたホウ素の60〜70%、IPC分光法による分析の結果)。これは、キレート剤が、ホウ酸を保持する役割を果たすことを示している。得られた値を表1に記す(AWPAプロトコルE10−6による培養試験後の木材ブロックの重量減の結果)。この表に記す試料は、E10−06試験の前に1週間、浸出させた。
Figure 0005160533
これらの2種の溶液で処理したブロックの劣化の分析は、腐朽菌による攻撃に対して木材を保護することに関して市販製品(CCAおよびCu−アゾール)と同等である、本発明において用いた保存剤の耐性を示している。したがって、キレート剤によってホウ素をベースとした化合物のかなりの保持が可能になっているとしても、ホウ素をベースとした化合物は、腐朽菌による攻撃に対して木材を保護する活性を保つと結論できる。
結論として、実施した試験は、本発明の多糖をベースとした固体材料(これらは、保存剤に加えて、錯化剤および/または特定のポリマーマトリックスを含む)が、保存剤だけを含む同じ材料の寿命より少なくとも50%長くあり得る寿命を有することを例示する。
本発明が特定の具体例を用いて説明されたが、いくつかの変形形態および修正が前記具体例に付加され得ること、ならびに、本発明の原理に一般に合致する本発明のこのような修正、使用または適応を本発明は包含するものであり、本発明が置かれる事業分野において将来知られるかまたは慣例となり、また前記要素に適合し得る、本記述の任意の変形形態を本発明は含むことが理解される。
木材のセルに固定されていない、ホウ素のキレート剤「A」を添加した木材のセルを示す図である。 木材の壁に固定された、ホウ素のキレート剤「A」を添加した木材のセルを示す図である。 ポリマーマトリックスに固定された、ホウ素のキレート剤「A」を添加した木材のセルを示す図である。 木材のセルの壁に結合したポリマーマトリックスに固定された、ホウ素のキレート剤「A」を添加した木材のセルを示す図である。 図5は、実施例5に詳細に記載された含浸溶液を含浸させた木材について、時間の関数としてホウ素の損失を例示するグラフである(この木材は、立方体の5つの面が被覆され、AWPAの手順E11−06による浸出試験を受けている)。図5’は、実施例5’に詳細に記載された含浸溶液を含浸させた木材について、時間の関数として、ホウ素の損失を例示するグラフである(この木材は、立方体の5つの面が被覆され、AWPAの手順E11−06による浸出試験を受けている)。 処理され、次いで、次の木材腐朽菌:ポスティアプラセンタ(Postiaplacenta)およびキチリメンタケ(Gleophyllum trabeum)の培養菌を用いて実施された試験E10−06(土塊試験;soil−block test)に従って「浸出」させた木材試料での保存効率の評価を例示するグラフである。

Claims (10)

  1. 少なくとも1種の活性剤
    (ここで活性剤は、殺バクテリア活性剤、殺菌活性剤、殺虫活性剤、および難燃活性剤からなる群から選択され;
    前記活性剤は、ホウ素、ホウ素誘導体、およびこれらの混合物からなる群から選択される、50重量%を超える少なくとも1種の化合物を含む)、および
    前記活性剤を少なくとも部分的に錯化する少なくとも1種の錯化剤、
    を含む多糖をベースとした固体材料であって、
    前記錯化剤は、N−メチル−D−グルカミン(NMG)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(THAM)、およびこれらの混合物からなる群の1つから選択され、
    前記固体材料は、前記多糖の官能基と任意に結合を形成するポリマーマトリックスをさらに含み、
    前記ポリマーマトリックスが、アミンまたはヒドロキシル官能基の存在下におけるポリエチレングリコールジグリシジルエーテルのその場での(in−situ)架橋によって得られるエポキシマトリックスであり、
    前記活性剤、前記錯化剤及び前記ポリマーマトリックスの全量が、前記多糖をベースとした材料の1重量%から30重量%を占め、
    前記多糖をベースとした材料に存在する前記錯化剤の量は、前記活性剤に含まれるホウ素の1モル当たり、0.5モルを超える、前記固体材料。
  2. 少なくとも1種の活性剤
    (ここで活性剤は、殺バクテリア活性剤、殺菌活性剤、殺虫活性剤、および難燃活性剤からなる群から選択され;
    前記活性剤は、ホウ素、ホウ素誘導体、およびこれらの混合物からなる群から選択される、50重量%を超える少なくとも1種の化合物を含む)、および
    前記活性剤を少なくとも部分的に錯化する少なくとも1種の錯化剤、
    を含む多糖をベースとした固体材料であって、
    前記錯化剤は、N−メチル−D−グルカミン(NMG)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(THAM)、およびこれらの混合物からなる群の1つから選択され、
    前記固体材料は、前記多糖の官能基と任意に結合を形成するポリマーマトリックスをさらに含み、
    前記ポリマーマトリックスが、アミンまたはヒドロキシル官能基の存在下における、ジアミンの存在下における、また、第1級または第2級アミンを含む少なくとも1種のキレート剤(これは、N−メチル−D−グルカミン(NMG)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(THAM)またはこれらの混合物である)の存在下における、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルのその場での(in−situ)架橋によって得られるエポキシマトリックスであり、
    前記活性剤、前記錯化剤及び前記ポリマーマトリックスの全量が、前記多糖をベースとした材料の1重量%から30重量%を占め、
    前記多糖をベースとした材料に存在する前記錯化剤の量は、前記活性剤に含まれるホウ素の1モル当たり、0.5モルを超える、前記固体材料。
  3. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記活性剤が、ホウ素またはホウ素化合物を含み、当該ホウ素の錯化剤が、
    −メチル−D−グルカミン(NMG)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(THAM)、およびこれらの混合物からなる群の1つから選択される、前記処理方法。
  4. 前記錯化剤の溶液による含浸および前記活性剤の溶液による含浸が、同時に実施される、請求項3に記載の方法。
  5. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、前記活性剤の溶液により含浸させる前または後に、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記活性剤が、ホウ素またはホウ素化合物を含み、
    前記錯化剤の溶液が、該錯化剤を含む水溶性モノマーの形で錯化剤を含み、
    前記モノマーが、グリシジルメタクリレートと、錯化剤であるN−メチル−D−グルカミン(NMG)との反応によって得られる、(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP)である、前記処理方法。
  6. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、前記活性剤の溶液により含浸させる前または後に、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記活性剤が、ホウ素またはホウ素化合物を含み、
    前記錯化剤の溶液が、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルを含み、前記錯化剤が第1級または第2級アミノ基を有する、前記処理方法。
  7. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、前記活性剤の溶液により含浸させる前または後に、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記活性剤が、ホウ素またはホウ素化合物を含み、
    前記錯化剤の溶液が、(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP)の形の錯化剤、および水に少なくとも部分的に溶けるポリアルキルアクリレートを含む、前記処理方法。
  8. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記錯化剤の溶液が、式ClCHCH(OH)CHNHC(CHOH)の化合物を含む溶液であり、そのpHが8と12の間であり、この溶液が、
    − 0.05から0.5molのTHAMを50から500mlの水に溶かすステップ、
    − 0.06から0.60molのエピクロロヒドリンを加えるステップ、および
    − こうして得た溶液を、周囲温度で1時間撹拌するステップ
    により得られ;
    前記加熱が、50と70℃の間で0.5から24時間実施され;
    前記活性剤の溶液が0.33Mのホウ酸水溶液であり、そのpHが、4.58mlのNaOH(50%)の添加により4.68から10に変わっており;
    前記含浸が減圧下で実施される;
    前記処理方法。
  9. 前記錯化剤の溶液による含浸および前記活性剤の溶液による含浸が、同時に実施される、請求項8に記載の方法。
  10. − 少なくとも1種の殺バクテリア性または殺菌性または殺虫性または難燃性の活性剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記活性剤の少なくとも1種の錯化剤の溶液を調製するステップ;
    − 前記錯化剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;
    − 前記活性剤の溶液により多糖をベースとした材料に含浸させるステップ;および
    − 前記錯化剤の溶液により含浸させた後で、材料を加熱するステップ
    を含む、多糖をベースとした材料の処理方法であって、
    前記活性剤および前記錯化剤が、
    − 0.2%から2.5%のHBO
    − 溶液中に、10%から40%の(N−グルシドール−N−メチル)−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(GMHP);および
    − 0.1%から2.5%の熱開始剤;
    を含む同一溶液中にある、前記処理方法。
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