JP6177311B2 - ワックス−殺生物剤による木材の処理 - Google Patents

Description

木材を処理するための、有機溶媒中でのポリマー、ワックス及び殺生物剤の使用は、例えば、米国特許第７，２９７，１９３号明細書に報告されており、該明細書は４５℃〜７５℃の融点を有するパラフィンワックス、非イオン性界面活性剤、及び有機木材防腐剤を含む水性組成物での木材の処理を開示している。しかし、７５℃より高い融点のワックスを含む組成物を使用する木材処理の方法が望ましい。７５℃より高い融点のワックスを使用して木材を処理する能力は、ユーザが７５℃以下の融点のワックスにおいて得られない１種以上の所望される特徴を有するワックスを使用することを可能にする。そのような特徴は、例えば、改良された長期撥水性、及びより低いコストを含む。

本発明が取り込む問題は、木材への殺生物剤の浸透を強化するために、水性配合物において殺生物剤及び７５℃より高い融点のワックスで木材を処理する方法、並びに水性木材処理配合物を安定化させる方法に対する必要性である。

以下は本発明の説明である。

本発明の一つの態様は、木材を保存する方法であって、該方法は木材を、
（ａ）７５℃より高い融点及び１ミクロン以下の平均粒径を有するワックス、
（ｂ）水性組成物の重量に基づいて０．０８重量％より多い、下記式を有する非イオン性界面活性剤、

（式中、Ｒは１０〜１６個の炭素原子を有する脂肪族基であり、ｘの平均値は４．５〜５．５である）、並びに
（ｃ）１種以上の有機木材防腐剤、
を含む水性組成物と接触させるステップを含む。

以下は、発明の詳細な説明である。

別途、明記されない限り、すべての％及びｐｐｍの値は重量により、かつ処理混合物の総重量に基づく。

本明細書において使用されるように、水性組成物は、本明細書において水性媒体と呼ばれる連続液状媒体を含む。水性媒体は、水性媒体の重量に基づいて７５％以上の水を含む。

本明細書において、水性組成物が、ある物質を実質的に含まないというときは、その物質が完全に存在しないこと、あるいは、もしその物質が存在するならば、水性組成物の重量に基づいて０．０１重量％未満の量で存在することのいずれかを意味する。

有機木材防腐剤は、殺生物剤又は殺虫剤である。有機木材防腐剤は、微量不純物以外には金属を含まない。微量不純物により、有機木材防腐剤の重量に基づいて０．００１重量％未満が意味される。好ましい有機木材防腐剤は、テブコナゾール、プロピコナゾール、シプロコナゾール、アミカル、３−ヨード−２−プロピニルブチルカルバメート、２−（チオシアノメチルチオ）−ベンゾチアゾール、四級殺生物剤、クロロタロニル、シペルメトリン、ペルメトリン、イミダクロプリド、チアクロプリド、イソチアゾロン類、及びそれらの混合物である。木材防腐剤は、好ましくは１種以上の殺生物剤を含む。好ましい殺生物剤は、イソチアゾロン殺生物剤である。好ましいイソチアゾロン殺生物剤は、４，５−ジクロロ−２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン；２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン；５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン；２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン；１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン；ｎ−ブチル−１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン；他のハロゲン化イソチアゾロン類，ならびにそれらの混合物である。好ましいイソチアゾロン殺生物剤は、ハロゲン化イソチアゾロン類である。好ましいハロゲン化イソチアゾロン殺生物剤は、好ましくは１種以上の塩化イソチアゾリン−３−オン；より好ましくは４，５−ジクロロ−２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン（「ＤＣＯＩＴ」）を含む。

本発明における使用に適するワックスは、好ましくは７５℃超の融点（軟化点として報告されている場合がある）を有する。好ましくは、融点は８０℃以上、より好ましくは１１０℃以上、より好ましくは１２０℃以上である。好ましくは、融点は２５０℃以下、より好ましくは２００℃以下である。

好ましいワックスは植物ワックス、野菜ワックス、鉱物ワックス、及び合成ワックスである。より好ましいワックスは、カルナウバワックス、ポリオレフィンワックス、又はそれらの混合物を含む。

ポリオレフィンワックスは、単結合により互いに結合された５０個以上の炭素原子の基を含む。好ましいポリオレフィンワックスにおいて、互いに結合された炭素原子の基は、７５個以上の炭素原子、より好ましくは１００個以上の炭素原子を含む。炭素原子の配列は直線状、分岐状、環状、又はそれらの組み合わせであってもよい。

好ましいポリオレフィンワックスは、１，０００以上、より好ましくは２，０００以上の数平均分子量を有する。好ましいポリオレフィンワックスは、１０，０００以下、より好ましくは５，０００以下の数平均分子量を有する。

好ましいポリオレフィンワックスは、任意的に１種以上のコモノマーと共に行われる、１種以上のオレフィンモノマーの重合により製造される。コモノマーは二重結合を有し、オレフィンと共重合することができるオレフィンではない分子である。適切なコモノマーは、例えば、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、及びアクリル酸ブチルである。オレフィンモノマーは、重合できるオレフィン分子である。好ましいオレフィンモノマーは、エチレン、プロピレン、及びブチレンであり、より好ましいのはエチレンである。好ましいポリオレフィンワックスは、ポリエチレンであり、より好ましいのは、高密度ポリエチレンである。１種より多いワックスが木材処理混合物に含まれてもよい。

木材を処理するために使用される水性組成物は、水性媒体中に分散された粒子の形態のワックスを含む。好ましくは、ワックスは５００ｎｍ以下、あるいは２５０ｎｍ以下、あるいは１２０ｎｍ以下、あるいは１１０ｎｍ以下、あるいは１００ｎｍ以下の平均粒径を有する。好ましくは、ワックスは２０ｎｍ以上の平均粒径を有する。

好ましくは、組成物のワックス固形分は、０．５％〜５％、より好ましくは１％〜３％である。好ましくは、殺生物剤に対するワックス固体の比は１：１〜１５０：１、より好ましくは３：１〜７０：１である。

木材を処理するために使用される水性組成物は、下記式の１種以上の非イオン性界面活性剤（ｂ）を含む

（式中Ｒは、１０〜１６個の炭素原子を有する脂肪族基であり、ｘの平均値は４．５〜５．５である）。好ましくは、Ｒ−Ｏ−は、二級アルコールの残基である。好ましくはＲは、アルキルである。好ましくは、界面活性剤（ｂ）は、Ｒが１２〜１４個の炭素原子を有するアルキルである化合物の混合物を含む。好ましくは、ｘの平均値は、４．８〜５．２である。

木材を処理するために使用される水性組成物中の界面活性剤（ｂ）の量は、水性組成物の重量に基づいて０．０８重量％以上である。好ましくは、界面活性剤（ｂ）の量は、水性組成物の重量に基づいて０．１％以上、より好ましくは０．１２％以上である。好ましくは、界面活性剤（ｂ）の量は、水性組成物の重量に基づいて３％以下、より好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下、より好ましくは０．３％以下である。

木材を処理するために使用される水性組成物は、好ましくは、界面活性剤（ｂ）に加えて、１種以上の界面活性剤を含む。好ましくは、界面活性剤（ｂ）以外の界面活性剤は、アニオン性界面活性剤若しくは非イオン性界面活性剤又はそれらの混合物のいずれかである。

木材を処理するために使用される水性組成物は、好ましくは３００ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍ、より好ましくは４００ｐｐｍ〜４，０００ｐｐｍ、最も好ましくは５００ｐｐｍ〜２，０００ｐｐｍのハロゲン化イソチアゾロン殺生物剤を含む。

木材を処理するために使用される水性組成物は、好ましくは非水性の溶媒を含む。溶媒は２５℃において液体である。溶媒の分子は、互いに直線状に結合されている１０個以上の炭素原子を有する化学基を含まない。好ましくは、溶媒の量は、０．０１％〜２％、より好ましくは０．０２％〜１％、最も好ましくは０．０４％〜０．５％である。好ましい溶媒は、１５０℃以上の沸点及び好ましくは６０℃以上の引火点を有するエステル及びエーテル溶媒を含む。好ましくは、水性組成物は、他の溶媒を実質的に含まない。好ましい溶媒は、グリコール並びにそのエーテル及びエステルを含み、より好ましいのは、ＴＥＸＡＮＯＬ（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、モノ−イソブチレートエステル；テネシー州、キングスポートのＥａｓｔｍａｎ Ｃｏ．から入手可能）、ＤＯＷＡＮＯＬ ＤＰＭ（ジプロピレングリコール、メチルエーテル；Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能）、ＤＯＷＡＮＯＬ ＰＰＨ（プロピレングリコールフェニルエーテル）、プロピレングリコール（ＰＧ）、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコールのアルキルエーテル（例えばトリプロピレングリコールメチルエーテル）、エチレングリコールのアルキルエーテル（例えばエチレングリコールモノブチルエーテル）、並びにジエチレングリコールのアルキルエーテル（例えばジエチレングリコールモノブチルエーテル）である。

木材を処理するために使用される水性組成物は、好ましくは１種以上のオイルを含む。オイルは２５℃において液体である。オイルの分子は、直線状に互いに結合された１０個以上の炭素原子を有する少なくとも１種の化学基を含む。好ましいオイルは、鉱油及び脂肪酸誘導体である。鉱油は石油から分離される。脂肪酸誘導体は、脂肪酸、脂肪酸のアミド（Ｎ−置換アミドを含む）、並びに脂肪酸のエステル（モノ−、ジ−、及びトリグリセリドを含む）を含む。好ましい脂肪酸誘導体は、脂肪酸のモノエステルであり、より好ましいのは、脂肪酸のプロピレングリコールモノエステルである。好ましい脂肪酸誘導体は、２種以上の脂肪酸を含むエステルの混合物であり；より好ましいのは、オレイン酸及びリノール酸のエステルを含む混合物であり；より好ましいのは、脂肪酸残基を考慮したときに、オレイン酸及びリノール酸の合計の量が、脂肪酸誘導体の混合物におけるすべての脂肪酸残基の合計の重量に基づいて６０重量％以上である混合物である。

オイルの量は、木材を処理するために使用される水性組成物の重量に基づいて、０．０２％以上；より好ましくは０．０５％以上；より好ましくは１％以上である。オイルの量は、木材を処理するために使用される水性組成物の重量に基づいて、２％以下、より好ましくは１％以下；より好ましくは０．５％以下である。

本発明において使用される水性組成物は、安定化剤、染料、他の木材殺生物剤、殺菌剤及び殺虫剤、抗酸化剤、金属キレート化剤、遊離基補足剤などの追加成分を任意的に含み得るがこれらに限定されない。安定化剤は、独立して又は組み合わせにおいて使用される、たとえば、有機及び無機のＵＶ安定化剤、たとえば浸出に抵抗する、酸化銅又は他の銅塩若しくは錯体；酸化亜鉛；鉄塩、酸化鉄、鉄錯体、透明酸化鉄及びナノ粒子酸化鉄；二酸化チタン；ベンゾフェノン及び置換ベンゾフェノン；桂皮酸並びにそのエステル及びアミド；置換トリアジン、たとえばトリフェニルトリアジン及び置換フェニルトリアジンＵＶ吸収剤、ベンゾトリアゾール及び置換ベンゾトリアゾールＵＶ吸収剤；ヒンダードアミン光安定化剤を含む。他の木材殺生物剤、殺菌剤、及び殺虫剤は、たとえば、米国特許第６，６１０，２８２号明細書に列挙されているもの、たとえばイミダクロプリド及びペルメトリン、を含む。抗酸化剤は、任意の市販入手可能な抗酸化剤化合物、たとえば、ホスファイト抗酸化剤たとえばＩＲＧＡＦＯＳ；ラクトン抗酸化剤；フェノール性抗酸化剤たとえばＢＨＴ；アスコルビン酸；及びＩＲＧＡＮＯＸなどを含む。金属キレート化剤は、たとえば、ＥＤＴＡ、ＮＴＡ、１，１０−フェナントロリン、ＡＣＵＭＥＲ ３１００、ＤＥＱＵＥＳＴ、ＴＡＭＯＬ ７３１、トリポリホスフェート、並びに金属塩をキレート化又は分散する上で有用である他の無機及び有機の化合物及びポリマーを含む。遊離基補足剤は、たとえばＴＥＭＰＯを含む。

木材の処理は、好ましくはＡＷＰＡ標準Ｔ１−０５、Ｎ１−０４、Ｎ２−０４及びそこに引用された参考文献において特定されている条件下で、木材を本明細書に記載された水性組成物と接触させることにより行う。

一つの好ましい実施態様において、処理混合物は、０．５〜５％のワックス固体、４００〜４０００ｐｐｍのＤＣＯＩＴ、０〜５％の界面活性剤、０〜０．５％の非水性溶媒、及び残余の水を用いて、単一容器において、即時使用エマルジョンとして配合される。

Ｔｅｒｇｉｔｏｌ（商標）１５−Ｓ−５（本明細書において「ＮＳ１」と呼ぶ）は、１分子当たり５．０のエチレンオキサイド基の平均値及び１２〜１４個の炭素原子のアルキル基を有する、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手の二級アルコールエトキシレート非イオン性界面活性剤である。

実施例１：使用したワックスのエマルジョンは、以下のような市販のワックスエマルジョンであった。表１における「乳化剤」は、市販のワックスエマルジョンに含まれるタイプの乳化剤である。

実施例２：木材処理混合物の調製は以下の通りであった：
３００ｒｐｍにおいて２０分間撹拌しながら、市販のワックスエマルジョンを（添加する殺生物剤配合物の重量を減算した）総重量まで水道水で希釈することにより、１ガロン（３．８Ｌ）の処理混合物を調製した。

よく撹拌されている混合物に、十分な殺生物剤配合物をゆっくりと添加し、８００ｐｐｍのＤＣＯＩＴの最終濃度を生じさせた。混合物は３０分間撹拌した。オイルを使用する場合には、オイルエマルジョンを、その後に処理混合物中において、処理混合物の重量に基づいて０．２重量％のオイルを与えるのに十分な量で添加した。得られた混合物は、木材を処理するために、その後に使用した。

殺生物剤配合物は、以下のように製造した：
２５重量部のＤＣＯＩＴ及び２５重量部のＴｅｒｇｉｔｏｌ（商標）１５−Ｓ−５を５０重量部の溶媒に添加した。溶媒は同じ重量部の水及びジプロピレングリコールメチルエーテルの混合物であった。

オイルエマルジョンを以下のように製造した：６重量部のオイル、１．２重量部の界面活性剤ＮＳ１、及び１２０重量部の水を混合し、エマルジョンを形成した。

実施例３：木材を処理するための手順は以下の通りであった：
２つの５．５×５．５×１インチ（１４×１４×２．５ｃｍ）片のサザンイエローパインを、注入管、ガス／真空注入口、圧力センサー、ドロップアウト弁及びレベルインジケーターを有する２Ｌの圧力容器装置に入れた。容器を密閉し、圧力を２６〜２７インチ水銀（８８〜９１ｋＰａ）に低下させ、１５〜２０分間保持した。真空を止め、十分な処理混合物を容器に引き入れ、木材を完全に覆った。容器を約１５０ｐｓｉｇ（１１３６ｋＰａ）まで加圧した。ポンプを使用して、木材より上の液体水準を維持した。木材が処理混合物をもう吸収しなくなったときに、圧力を開放し、ドロップアウト弁により容器を排出させた。再び約５分間、容器上で真空を引き、再び容器を排出させ、その後に木材を取り出し（最終真空処理によるフルセル）、処理された木材から表面の湿気の一部を部分的に取り除いた。

実施例４：処理混合物及び木材の分析は以下の通りであった：
そのままの処理混合物の２ｇのサンプルを、ＨＰＬＣによりＤＣＯＩＴについて分析した。各処理混合物は、８００ｐｐｍのＤＣＯＩＴを含有することが認められた。

いったん木材サンプルが、一定重量まで乾燥され、一定温度及び湿度の部屋に入れられると、それを、ＤＣＯＩＴ含有量について分析した。３／４インチ（１９ｍｍ）のフォルストナービットを含むドリル加圧機を使用して、３つの穴を木材に開けた。穴の配置は、一つの面上であり、側面及び末端から少なくとも１／４インチ（６．４ｍｍ）であり、そして木目角は、２つの面の間で最も垂直であった。１、３及び１０ミリメートルの深さにおける各穴からの１ミリメートルの区分を集め、合わせ、そしてＤＣＯＩＴについて分析した。

既知重量の木材削りくず（ｓｈａｖｉｎｇ）サンプルを、２時間、超音波によりメタノール中で抽出した。その後に、抽出物を室温まで冷却させた。逆相高速液体クロマトグラフィーによって、冷却した抽出物を分析する。移動相として水とメタノールを使用する２５ｃｍのＣ１８カラムを使用して、ＤＣＯＩＴを、サンプルマトリックスから分離した。２８０ナノメートルに設定された紫外線検出器を使用して、ＤＣＯＩＴを検出した。サンプル中のＤＣＯＩＴピークのピーク面積を標準溶液中のＤＣＯＩＴピークと比較することによって、外部標準算出法を使用してサンプル中のＤＣＯＩＴの濃度を決定した。

実施例５：木材を処理するために使用した配合物を、下記の表２に示す。ＭＯは、鉱油であり、ＲＣはＡｒｃｈｅｒ製のＲＣ（商標）オイルである。番号に「比較」を有する試料は、比較例である。オイルを添加した時には、その量は、配合物の重量に基づいて０．２重量％であった。

実施例６：実施例１〜５に記載の試験結果は、以下の通りであった。表３は、１、３及び１０ｍｍの深さにおけるｐｐｍでの木材中のＤＣＯＩＴについての浸透データ並びに木材の処理前／処理中の処理混合物の安定性を示す（Ｓ＝安定、Ｕ＝不安定）。望ましい特徴は、配合物の安定性、１０ｍｍの深さまで浸透しているＤＣＯＩＴの高い量、ＤＣＯＩＴ濃度の相対的に小さい勾配（１０ｍｍにおけるＤＣＯＩＴに対する１ｍｍにおけるＤＣＯＩＴの比）である。

浸透の調査は、試料、３比較、２比較、６比較、１３ａ、及び１４ｚ比較の試料については行わなかった。なぜなら、これらの配合物は安定ではなかったからである。ワックスＷ１については、ＮＳ１界面活性剤のレベルを増加させることは、安定性及び１０ｍｍにおけるＤＣＯＩＴの浸透を改善し；オイルの添加は、１０ｍｍにおけるＤＣＯＩＴの浸透をさらに改善した。ワックスＷ２については、ＮＳ１界面活性剤のレベルを増加させることは、安定性及び１０ｍｍにおけるＤＣＯＩＴの浸透を改善し；オイルの添加は勾配をさらに改善した。ワックスＷ３については、ＮＳ１の増加されたレベル及びオイルの存在の両方を有する試料のみが、安定性及び許容できる浸透の両方を有した。ワックスＷ４については、ＮＳ１界面活性剤のレベルを増加させることは、安定性を改善し；オイルの添加は、１０ｍｍにおけるＤＣＯＩＴの浸透をさらに改善した。

実施例７：他のオイル
実施例１〜７と同じ方法を使用して、他のオイルを使用する配合物を調製した。これらのオイルは２５℃において液体である。各オイルは以下のようなポリマー、すなわち、アクリル酸ｎ−ブチル（ＢＡ）のホモポリマー；６０重量部のＢＡ及び４０重量部のスチレンのコポリマー；並びに４０重量部のＢＡ及び６０重量部のスチレンのコポリマーである。これらの３種類のオイルのそれぞれを用いて調製した配合物は処理の間不安定であった。また、第三のオイル（４０／６０のＢＡ／スチレン）は、処理の前に不安定であった。

実施例８：撥水性の保持
パラフィンワックスで処理した木材を、風雨に暴露される条件で観察してきた。パラフィンワックスは、１分子当たり、３０個未満の炭素原子を有する炭化水素である。木材をコーティングしたてのときは、木材は耐水性である。しかし、相対的に短期間で、木材は、もはや耐水性ではなくなる。また、ポリエチレンワックスで処理した木材も、風雨に曝される条件で観察してきた。ポリエチレンワックスで処理した木材はより長期間にわたって、耐水性を維持した。

Claims (4)

1. 木材中への有機木材防腐剤のより高められた浸透を達成する方法であって、
   前記木材を
   （ａ）７５℃より高い融点及び１ミクロン以下の平均粒径を有するポリエチレンワックス、
   （ｂ）水性組成物の重量に基づいて０．０８重量％より多い、下記式を有する非イオン性界面活性剤、
   

   

   （式中、Ｒは１０〜１６個の炭素原子を有する脂肪族基であり、ｘの平均値は４．５〜５．５である）、
   （ｃ）１種以上の有機木材防腐剤、並びに
   （ｄ）１種以上のオイル、
   を含む水性組成物と接触させるステップを含み、前記オイルの量が、前記水性組成物の重量に基づいて０．０２重量％〜２重量％であり、かつ前記オイルは鉱油または下記式によって表されるＲＣオイルのいずれかである、前記方法。
   

   
2. 前記有機木材防腐剤が、テブコナゾール、プロピコナゾール、シプロコナゾール、３−ヨード−２−プロピニルブチルカルバメート、２−（チオシアノメチルチオ）−ベンゾチアゾール、クロロタロニル、シペルメトリン、ペルメトリン、イミダクロプリド、チアクロプリド、イソチアゾロン類、及びそれらの混合物からなる群から選択される化合物を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記非イオン性界面活性剤が、二級アルコールのエトキシレートである、請求項１に記載の方法。
4. 前記ワックスが、１１０℃以上の融点を有する、請求項１に記載の方法。