KR20050083671A - 목재 섬유-플라스틱 복합물용 항균 윤활제 - Google Patents

목재 섬유-플라스틱 복합물용 항균 윤활제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중합체, 셀룰로스성 섬유, 및 4차 암모늄 알킬 염을 포함하는 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물에 관한 것으로서, 후자는 상기 조성물에 항균 특성을 부여하며, 조성물의 형성 과정에서 윤활제로서 기능한다. 4차 암모늄 알킬 염은 알킬 카르복실레이트, 알킬 설페이트, 알킬 설포네이트, 알킬 포스페이트, 또는 알킬 설파이트일 수 있다. 상기 염의 일부는 신규한 조성물이다. 압출 방법 및 압출 성형물 또한 청구한다.

Description

목재 섬유-플라스틱 복합물용 항균 윤활제{ANTIMICROBIAL LUBRICANT FOR WOOD FIBER-PLASTIC COMPOSITES}
목재 가격의 인상과 성장한 나무의 감소로, 미래에도 지속될 양호한 품질의 목재 대체물을 찾는 것이 현재 필요하다. 또한, 양호한 품질의 목재 대체물은, 이들이 흰개미 파괴 및 목재 부패에 대해 덜 공격당하기 때문에 보다 내구적이며 지속성이다.
지난 수년간, 데크, 창문, 울타리, 자동차 내부 및 팔레트와 같은 적용에서 통상의 고체 목재 제품을 대체하는 중합체-목재 복합물의 사용에 대한 시장이 성장하였다. 중합체-목재 복합물은 약 30 내지 약 80%의 셀룰로스성 섬유를 포함한다. 셀룰로스성 섬유는, 중합체-목재 복합물에서 충전제 또는 강화제로 작용한다. 고품질의 중합체-목재 복합물을 달성하는 하나의 중요한 인자는, 중합체 매트릭스 내에 셀룰로스성 섬유를 분산시키는 것이다. 이를 위해, 폴리에틸렌-목재 데크를 제조하는 다수의 주요 제조업자가 윤활제가 필수적임을 발견한 바 있다.
고농도의 셀룰로스성 섬유를 함유하는 중합체-목재 복합물은, 균류에 의해 보다 공격당하기 쉽다. 따라서, 윤활제 뿐 아니라 항균제로 또한 작용 가능한 화합물에 대한 요구가 현재 존재한다.
그러한 화합물은 비용을 낮추며, 제조 공정을 단순화하고, 보다 나은 외관, 구조적 안정성 및 내부식성을 가지는 고품질의 중합체-목재 제품을 달성하는 것이다.
발명의 간단한 요약
본 발명은 일례로 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)인 중합체, 셀룰로스성 섬유 및 4차 암모늄 알킬염을 함유하는 압출성 또는 압출된 중합체-셀룰로스성 섬유 복합물에 관련된다. 이들 4차 암모늄 알킬염의 일부는, 물질의 새로운 조성이다.
본 발명의 추가의 구현은, 압출성 조성물에 대해 압출 공정을 실시하기 이전에, 4차 암모늄 알킬염을, 중합체 및 셀룰로스성 섬유를 함유하는 압출성 조성물에 혼합하는 것을 포함하는, 중합체-목재 복합물의 부식을 방지하는 방법이다.
중합체-셀룰로스성 복합물 내에서, 4차 암모늄 알킬염이 윤활제 및 살균제 모두로 작용함을 발견하였다.
4차 암모늄 알킬염은 하기의 일반식을 가진다:
식중, X는 알킬 카복실레이트 -O-C(O)R, 알킬 설페이트 -O-S(O)2OR, 알킬 설포네이트 -S(O)2OR, 알킬 포스페이트 -O-P(O)OHOR, 알킬 포스파이트 -O-P(O)H-OR이며; R은, 8-22개의 탄소 원자, 바람직하게는 10-18개의 탄소원자를 가진 알킬기이고; R1은, 장쇄 알킬기 또는 벤질기이며,
R1기가 장쇄 알킬기인 경우, R2 및 R3는 단쇄 알킬기이고 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이고,
R1기가 벤질기인 경우, R2는 단쇄 알킬기이고 R3 및 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이다. 상기한 장쇄 알킬기는 8-22개의 탄소 원자, 바람직하게는 10-18개의 탄소원자를 가지며, 단쇄 알킬기는 1-4개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소원자를 가진다.
4차 암모늄 알킬염 내의 4차 암모늄 양이온의 예는, 알킬기가 1-25개의 탄소 원자를 가지는 알킬디메틸벤질 암모늄, 디데실디메틸 암모늄, 알킬트리메틸 암모늄, 옥틸데클리디메틸 암모늄, 디옥틸디메틸 암모늄, 디데클리메틸프로필 암모늄, 디데클리메틸부틸 암모늄, 벤질헥사데클리디메틸 암모늄, 디데클리메틸-4-클로로벤질 암모늄, 디데클리메틸-3,4-디클로로벤질 암모늄, 데클리옥틸디메틸 암모늄, 데클리옥틸벤질메틸 암모늄, 데클리도데실디메틸 암모늄, 데클리도데실에틸메틸 암모늄, 도데실벤질디메틸 암모늄, 테트라데실벤질디메틸 암모늄, 디운데실디메틸 암모늄, 디노닐히드록시에틸메틸 암모늄, 디데실히드록시프로필메틸 암모늄, 및 디운데실디히드록시에틸 암모늄, 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디옥틸, 디도데실 및 데클리옥틸 화합물 또는 디데실, 디도데실 및 데클리도데실 화합물을 함유하는 화합물의 혼합물을 또한 사용 가능하다. 이들 양이온은, 임의의 음이온과 조합 가능하며, 이는 상기 식에서 X로 표현된 것이다. 바람직한 4차 암모늄 알킬염은, 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트 (Barquat LS) 및 디데클리디메틸 암모늄 라우릴 설페이트 (DDA-LS) 및 상응하는 알킬 카복실레이트이다. 4차 암모늄 알킬염의 설포네이트, 포스페이트 및 포스파이트 염 또한 고려할 수 있다. 이들은 물질의 새로운 조성이다.
바람직한 4차 암모늄 라우릴 설페이트는 탄소수 8 내지 22인 알킬 기를 함유하는 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트이다. 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트는 당업계에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 알킬디메틸벤질 암모늄 클로라이드를 물에서 소듐 라우릴 설페이트와 약 60℃의 온도에서 반응시킬 수 있다. 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트의 백색 침전이 약 30 분 후에 형성된다. 상기 반응은 하기와 같다:
[식중. R은 C1-C25 알킬 기, 바람직하게는 C10-C12 기임].
상기 반응 온도는 20℃ 내지 140℃, 바람직하게는 60℃ 범위이다. 상기 알킬디메틸벤질 암모늄 클로라이드 대 소듐 라우릴 설페이트의 몰비는 약 1:3 내지 약 3:1, 바람직하게는 약 1:1 범위이다. 상기 용매는 물 또는 유기 용매일 수 있다. 상기 반응이 유기 용매에서 일어나는 경우, 염화나트륨이 침전되고, 상기 4차 암모늄 라우릴 설페이트는 용액에 잔류한다. 상기 유기 용매는, 예를 들면, 저급 알콜, 아세톤 및 디클로로메탄일 수 있다. 상기 4차 암모늄 라우릴 설페이트는 상기 유기 용매를 증발시킨 후 수합된다.
중합체-목재(wood) 조성물에서 사용되는 중합체는, 폴리올레핀 및 폴리비닐 화합물, 예로서, HDPE, LDPE, LLDPE, UHMWPE. 폴리프로필렌 (호모- 및 공중합체), PVC, 및 이들의 조합을 포함하는 순수 중합체 (virgin polymer)이나, 이들로 제한되지는 않는다. 바람직한 폴리올레핀은 HDPE이며, 이는 용융 지수(MI) 0.4를 갖는 분말 (Equistar LB100-00)로부터 "베어푸트(barefoot)" (첨가제 없음) 반응기로서 이용가능한다. 상기 폴리올레핀은 Texas, Houston의 Equistar Chemicals LP의 제품이다.
본 발명의 압출가능하고 압출된 중합체-셀루로오스 섬유 복합물은 하기 표 1의 성분들 (중량 백분율은 충 조성물의 중량을 기준으로 함)을 포함한다.
성분들 양 바람직한 양
중합체 약 30 내지 70 중량% 약 40 내지 60 중량%
셀룰로스성 섬유 약 70 내지 30 중량% 약 60 내지 40 중량%
4차 암모늄 알킬 염 약 1 내지 7 phc 약 2 내지 5 phc
다양한 셀룰로스성 섬유가 본 발명의 복합물에서 채용될 수 있다. 예시적인 셀룰로스성 섬유로는, 목재 및 목재 제품, 예컨대 목질 펄프 섬유; 농업 폐기물, 예컨대, 면으로부터; 벼 및 아프리카 수염새(esparto) 등의 짚 및 풀로부터; 사탕수수깍지 등의 사탕수수줄기 및 갈대로부터; 대나무로부터; 황마, 아마, 케나프(kenaf), 대마초, 리넨 및 모시 등의 인피 섬유와 줄기로부터; 마닐라삼 및 사이잘 삼 등의 엽맥 섬유로부터; 코코넛, 땅콩 및 호두 나무의 껍질로부터의 비목질 종이-제조용 섬유; 옥수수 줄기, 밀, 귀리, 대맥 및 귀리 왕겨, 및 대마가 포함되나, 이들로 제한되지 않는다. 적합하게는, 상기 사용되는 셀룰로스성 섬유는 목재 공급원으로부터 유래된다. 적합한 목재 공급원으로는, 소나무, 전나무, 삼나무 및 서양 전나무 등의 연목 공급원, 및 오크, 단풍나무, 유칼립투스, 포플러, 너도밤나무 및 미루나무 등의 경목 공급원이 포함된다. 하나 이상의 셀룰로스성 섬유가 사용될 수 있다.
상기 셀룰로스성 섬유는 다양한 체 (screen), 예를 들면, 30-메쉬 또는 40-메쉬 체를 통하여 체질되어 서로 상이한 크기의 섬유들의 혼합물을 수득할 수 있다. 본 발명의 조성물에서 사용되는 상기 섬유의 크기는 약 10 내지 약 100 메쉬, 바람직하게는 약 40 내지 약 100 메쉬 범위이다.
상기 조성물에 사용되는 목재 분말은 연목 및 경목 및 이들의 조합으로부터 수득되는 것들을 포함한다. 바람직한 목재 분말은, Wisconsin, American Wood Fibers of Schofield 로부터 각각 OAk 4037 (40 메쉬) 및 Pine 402050 (40 메쉬)로서 구입가능한 오크 및 소나무로부터 유래된 것이다. 또다른 바람직한 목재 분말은 단풍나무로부터 유래된 것이다.
4차 암모늄 알킬염은 플라스틱 배합물의 내부 및 외부 윤활성을 개선시킨다. 내부 윤활성은 중합체 내의 보강 충전재의 분산을 증강시킴으로써, 물리적 특성을 개선시키고, 압출기 배출을 증가시킨다. 외부 윤활성의 주요 잇점은 압출성 조성물을 염료를 통하여 이동시키는데 요구되는 힘을 감소시킴으로써 압출된 물품의 표면 외관을 개선하는 것이다.
4차 암모늄 알킬염은 또한 중합체-목재 복합물의 내붕괴성을 개선하는 미생물 억제제로서 작용한다. 이들은, 구리 화합물, 아연 화합물, 아졸류, 이소티아졸론류 및 카르바메이트류 등을 포함하는 (이들에 제한되는 것은 아님) 다른 살생물제와 함께 사용할 수도 있다.
4차 암모늄 알킬염과 함께 사용할 수 있는 공지된 미생물 억제제 화합물의 예는 디에틸도데실벤질 암모늄 클로라이드: 디메틸옥타데실-(디메틸벤질)암모늄 클로라이드; 디메틸디데실 암모늄 클로라이드; 디메틸디도데실 암모늄 클로라이드; 트리메틸-테트라데실 암모늄 클로라이드; 벤질디메틸(C.치환.12-C.치환 18 알킬) 암모늄 클로라이드; 디클로로벤질디메틸도데실 암모늄 클로라이드; 헥사데실피리디늄 클로라이드; 헥사데실피리디늄 브로마이드; 헥사데실트리메틸 암모늄 브로마이드; 도데실피리디늄 클로라이드; 도데실피리디늄 비술페이트; 벤질도데실-비스(베타히드록시에틸)암모늄 클로라이드; 도데실벤질트리메틸 암모늄 클로라이드; 벤질디메틸 (C.치환.12-C.치환.18 알킬) 암모늄 클로라이드; 도데실디메틸에틸 암모늄 에틸술페이트; 도데실디메틸-(1-나프틸메틸)암모늄 클로라이드; 헥사데실디메틸벤질 암모늄 클로라이드; 도데실디메틸벤질 암모늄 클로라이드 및 1-(3-클로로알릴)-3,5,7-트리아자-1-아조니아-아다만탄 클로라이드와 같은 4차 암모늄 화합물류;
1,3-비스(히드록시메틸)-5,5-디메틸히단토인; 비스(히드록시메틸)우레아; 테트라키스(히드록시메틸)아세틸렌 디우레아; 1-(히드록시메틸)-5,5-디메틸히단토인 및 이미다졸리디닐 우레아와 같은 우레아 유도체류;
1,3-비스(2-에틸헥실)-5-메틸-5-아미노헥사히드로피리미딘; 헥사메틸렌 테트라 아민; 1,3-비스(4-아미노페녹시)프로판; 및 2-[(히드록시메틸)아미노]에탄올과 같은 아미노 화합물류;
1[2-(2,4-디클로로페닐)-2-(2-프로페닐옥시)에틸]-1H-이미다졸; 2-(메톡시카르보닐아미노)벤즈이미다졸과 같은 이미다졸 유도체류;
2-브로모-2-브로모메틸글루타로니트릴, 2-클로로-2-클로로메틸글루타로니트릴, 2, 4, 5, 6-테트라-클로로이소프탈로디니트릴과 같은 니트릴 화합물류;
메틸렌 비스 티오시아네이트와 같은 티오시아네이트 유도체류;
트리부틸틴-옥시드, 클로라이드, 나프토에이트, 벤조에이트 또는 2-히드록시벤조에이트와 같은 주석 화합물 또는 착물류;
4, 5-트리메틸렌-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸-4,5-트리메틸렌-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸이소티아졸린-3-온, 5-클로로-2-메틸이소티아졸린-3-온, 벤즈이소티아졸린-3-온, 2-메틸벤즈이소티아졸린-3-온, 2-옥틸이소티아졸린-3-온, 4,5-디클로로-2-N-옥틸-4-이소티아졸린-3-온과 같은 이소티아졸린-3-온류;
2-(티오시아노메틸티오)-벤즈티아졸; 및 메르캅토벤즈티아졸과 같은 티아졸 유도체류;
트리스(히드록시메틸)니트로메탄; 5-브로모-5-니트로-1, 3-디옥산 및 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올과 같은 니트로 화합물; α-(4-클로로페닐)-α-(1-시클로프로필에틸)-1H-1,2,4-트리아졸-1-에탄올(시프로코나졸); 1-[[2-(2,4-디클로로페닐)-4-프로필-1,3-디옥솔란-2-일]메틸]-1H-1,2,4-트리아졸(프로피코나졸); α-[2-(4-클로로페닐)에틸]-α페닐-1H-1,2,4-트리아졸-1-프로판니트릴(펜부코나졸); α-부틸-α-(4-클로로페닐)-1H-1,2,4-트리아졸-1-프로판니트릴(미클로부타닐); α-[2-(4-클로로페닐)에틸]-α-(1,1-디메틸에틸)-1H-1,2,4-트리아졸-1-에탄올(테부코나졸); 1-(4-클로로페녹시)-3,3-디메틸-1-(1H-1,2,4-트리아졸-1-일)-2-부탄온(트리아디메폰);
요오도프로피닐 부틸 카르바메이트 및 트리-요오도 알릴 알콜과 같은 요오드 화합물; 글루타르알데히드 (펜탄디알), p-클로로페닐-3-요오도프로파르길 포름알데히드 및 글리옥살과 같은 알데히드 및 유도체류;
클로르아세트아미드; N,N-비스(히드록시메틸)클로르아세트아미드; N-히드록시메틸-클로르아세트아미드 및 디티오-2,2-비스(벤즈메틸 아미드)와 같은 아미드류;
폴리 헥사메틸렌 비구아니드 및 1,6-헥사메틸렌-비스[5-(4-클로로페닐)비구아니드]와 같은 구아니딘 유도체류;
3,5-디메틸테트라히드로-1,3,5-2H-티오디아진-2-티온과 같은 티온류; 헥사히드로트리아진 및 1,3,5-트리-(히드록시에틸)-1,3,5-헥사히드로트리아진과 같은 티온류;
비스-옥사졸리딘과 같은 옥사졸리딘 및 그의 유도체류; 2,5-디히드로-2,5-디알콕시-2,5-디알킬푸란과 같은 푸란 및 그의 유도체류;
소르브산 및 그의 염, 4-히드록시벤조산 및 그의 염 및 에스테르류와 같은 카르복실산 및 그의 염 및 에스테르류;
붕산 및 그의 아연 착물류;
5-클로로-2-(2,4-디클로로페녹시)페놀; 티오-비스(4-클로로페놀) 및 2-페닐페놀과 같은 페놀 및 그의 유도체류;
술폰 유도체, 예를 들면 디요오도메틸-파라톨릴 술폰, 2,3,5,6-테트라클로로-4-(메틸술포닐)피리딘 및 헥사클로로디메틸 술폰;
티오아미드, 예를 들면 디메틸디티오카르바메이트 및 이의 금속 착물, 에틸렌비스디티오카르바메이트 및 이의 금속 착물, 2-메르캅토피리딘-N-옥사이드 및 이의 금속 착물; 및
비제한적으로 암모늄/구리 착물, 에탄올아민/구리 착물, 디에탄올아민/구리 착물, 트리에탄올아민/구리 착물, 디에틸아민/구리 착물, 에틸렌디아민/구리 착물, 및 이들의 임의의 배합물을 포함한 구리 아민 착물.
다른 살생물제가 목재의 중량에 대하여 0.001 중량% 내지 3.0 중량% 첨가될 수 있다.
유리하게는 커플링제, 상용성화제 또는 혼합제가 중합체성 복합 재료에 존재할 수 있다. 이들 첨가제는 상기 재료의 물리적, 기계적 및 열적 특성의 개선을 달성하기 위해, 조성물의 총중량에 대하여 약 0.01 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 5 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 바람직한 상용성화제는 말레이트화 폴리프로필렌이며, 이는 약 1 내지 약 5 중량% 범위의 양으로 존재한다. 탈크가 조성물의 총중량에 대하여 약 2 중량% 내지 약 10 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 점도 안정화제, 무기 충전제, 가공 보조제 및 착색제를 포함한 다른 첨가제가 사용될 수 있다.
압출 외에도, 본 발명의 조성물은 상업적으로 이용 가능한 제품을 제조하도록 사출 성형될 수 있다. 이렇게 얻어진 제품은 목재와 비슷한 외관을 가지며, 천연 목재와 동일한 방식으로 톱질, 샌드질, 형상화, 구부림, 고정 및/또는 마무리할 수 있다. 이것은 부식과 부패 및 흰개미 공격에 내성이 있으며, 예를 들면 가옥 내부 또는 외부의 장식틀, 액자, 가구, 현관 바닥, 창문틀, 창문 구성 부분, 문 구성 부분, 지붕 시스템 및 다른 유형의 건축 부재로서 사용될 수 있다.
다음에, 하기 실시예로 본 발명을 설명한다.
실시예 1: 4 차 암모늄 라우릴 설페이트의 제조
A. 나트륨 라우릴 설페이트 (Aldrich 제품, 70 % 도데실 설페이트, 25 % 테트라데실 설페이트 및 5 % 헥사데실 설페이트) 70 g 을 응축기가 장착된 2 리터 플라스크내의 탈이온수 1000 ㎖ 에 첨가하였다. 혼합물을 교반하고, 약 60 ℃ 로 서서히 가열하였다. 나트륨 라우릴 설페이트를 탈이온수에 완전히 용해시키고 용액의 온도를 60 ℃ 에 이르게 한 후, Barquat MB-80 (알킬디메틸벤질 암모늄 클로라이드의 80 % 활성 용액) 100 g 을 상기 용액에 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 60 ℃ 에서 약 0.5 시간 동안 유지시켰다. 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트의 백색 침전물을 형성하고, 여과하였다. 증류수 약 500 ㎖ 를 사용하여 침전물상의 임의의 잔류 염화나트륨을 세정하였다. 세정후, 침전물을 수집하고, 3 일간 공기 건조를 위해 발연 후드내에서 방치하였다.
핵자기 공명 (NMR) 분석으로 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트의 구조를 확인하였다. 시차 주사형 열량계로 융점을 측정하였다. 상기 조성물은 도데실 설페이트, 테트라데실 설페이트 및 헥사데실 설페이트로부터 수득된 물질의 혼합물을 함유하기 때문에, 이들의 융점, 즉 각각 50 ℃, 100 ℃ 및 130 ℃ 가 상기 화합물에서 발견되었다.
B. 전술한 과정을 사용하여 디데실디메틸 암모늄 클로라이드와 나트륨 라우릴 설페이트를 반응시켜 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트를 제조하였다.
NMR 로 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트의 구조를 확인하였다. 이 생성물의 융점은 45 ℃, 55 ℃ 및 140 ℃ 였다.
C. 4차 암모늄 알킬 카르복실레이트, 술포네이트, 포스페이트 및 포스파이트 염은 상기 과정을 수행하여 4차 암모늄 클로라이드와, 예로서 알킬 카르복실레이트, 알킬 술포네이트, 알킬 포스페이트 및 알킬 포스파이트 각각의 나트륨 염을 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
균 성장을 억제하기 위한 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트 수용액 및 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트 수용액의 효능을 당업계에 공지된 아가 플레이트 (agar plate) 방법으로 평가하였다. 또한, 상업적으로 공지된 2 가지 살생물제인 디데실디메틸 암모늄 클로라이드 (Bardac 2080) 및 알킬디메틸벤질 암모늄 클로라이드 (Barquat MB-80) 를 시험하였다.
아가 플레이트 시험 결과를 표 2 에 나타낸다. 시험 데이터는 균 성장 억제율 (지연율) 로서 보고된다.
시료 ID 농도ppm T. 베르시컬러 G. 트라베움 P.플라센타 C.글로보섬
디데실디메틸 암모늄 클로라이드 Bardac 2080 500 80.7 82.4 89.2 74.3
50 36.8 78.4 88.4 68.2
알킬* 디메틸벤질 암모늄 클로라이드 Barquat MB-80 500 85.0 89.0 87.5 81.8
50 55.0 82.1 86.8 63.8
알킬* 디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트 500 72.9 82.3 86.6 75.6
50 32.2 51.7 83.0 64.5
디데실디메틸 암모늄 라우릴 술페이트 500 81.3 80.8 86.0 78.7
50 44.0 58.0 82.6 68.0
* 40% C12, 50% C14 및 10% C16
상기 표는 본 발명의 윤활제가 테스트된 2개의 공지된 시판의 살생물제에 비해 항진균 활성을 발휘하는 것을 나타낸다.
실시예 2 : 중합체-목재 복합물의 압출
본 실시예에서는, 40% 의 HDPE [(페트로텐 리엑터 파우더; Petrothene reactor powder), Equistar LB 0100-00] 및 60% 의 40 메시 Pine 402050 (스코필드의 American Wood Fibers, WI) 를 함유하는 압출성 조성물을 10 리터들이 헨셀 (Henschel) 믹서로 1800 rpm에서 약 3 분간 혼합하였다. 혼합 후, 약 685 내지 약 710 mm Hg 의 진공 하, 100 ℃ 의 진공 오븐 내에서 16 시간 건조하였다. 표 3 에 나타낸 첨가제 3 phc (복합물 100 에 대한 부; parts per hundred of composite)를 상기 건조된 복합물에 첨가하여, 몇 가지 시료를 제조하였다.
상기 첨가제를 함유하는 상기 건조된 복합물을 30 mm 의 Werner & Pfleiderer 동시 회전 이중 스크류 압출기 (co-rotating twin screw extruder) 내에서 직사각 프로파일의 38.1 x 12.7 mm 의 다이를 통해 압출하였다. 상기 압출기에 설정된 공급구에서 다이까지의 온도 프로파일은 140 ℃, 150 ℃, 150 ℃, 150 ℃, 140 ℃ 이었다. 상기 복합물 재료는 공급 속도가 16 kg/hr 로 설정된 공급 속도로 K-Tron S200 용적식 단일 스크류 공급기 (volumetric single screw feeder)를 이용하여 압출기에 공급되었다. 상기 스크류 속도는 175 rpm 로 설정되었다. 상기 압출된 프로파일은 3 개의 물 스프레이를 포함하는 0.65 m 의 냉각 챔버를 통해 통과한 후 절단 및 수집되었다.
상기 압출기 토르크는 상기 압출기를 위해 설정된 안전 토르크의 백분율로서 측정되고, 구역 3 중의 실제 온도는 표 3 에 나타낸 바와 같이 기록되었다. 구역 3 은 압출기 중 가장 높은 전단응력을 갖는 지역이다. 이러한 구역에서 설정된 온도로부터 상승된 온도의 양은 상기 구역에서 가열에 의한 전단응력을 반영하는 것이다. 낮은 구역 3 의 온도는 적은 압출기 토르크와 연결되어 개선된 압출 방법을 나타낸다.
첨가제 압출기 토르크 % 구역 3 의 온도 (℃)
3 phc Acrawax C/징크 스테아레이트 (대조군) 64 164
3 phc Barquat LS* 56 156
1.5% Barquat LS + 3 phc Acrawax C/징크 스테아레이트 55 159
3.0% Barquat LS + 3 phc Acrawax C/징크 스테아레이트 49 152
3 phc Barquat LS + 0.1% 8-히드록시퀴놀린, 구리염 55 157
1.5% DDA-LS + 3 phc Acrawax C/징크 스테아레이트 56 159
3.0% DDA-LS + 3 phc Acrawax C/징크 스테아레이트 46 153
* Barquat LS 는 알킬(40% Cl2, 50% Cl4, 10% Cl6) 디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트이고, 100 % 활성을 갖는다.
상기 표 중의 데이터는 단독 또는 다른 첨가제와 조합된 알킬 디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트와 함께 거동하는 압출기 토르크의 백분율 및 구역 3 의 온도가 대조군의 압출기 토르크의 백분율 및 구역 3 의 온도 보다 낮음을 나타낸다.
상기 압출된 시료를 물 속에 두고, 시료가 시간에 따라 흡수한 물이 얼마인가를 측정한다. 0.5 x 1.5 x 2 인치의 치수를 갖는, 각 제형에 대한 3 개의 압출된 시료를 제조하고, 이들의 중심 두께 및 무게를 측정하였다. 그 후, 상기 시료를 200ml 의 증류수에 완전히 잠기게 하였다. 7 일 후, 상기 시료를 물에서 꺼내어 무게를 측정하고, 중심 두께를 재측정하였다. 상기 시료를 추가의 33 일간 물로 되돌리고, 그 후 3 번째 무게 및 중심 두께를 측정하였다. 물 흡수 및 두께 팽윤에 대한 백분율을 하기와 같이 측정하였다:
수분 섭취 % = (W2-W1)/W1 ×100, 식 중, W1 는 물에 스며들기 전의 샘플 중량이며 W2 는 물에 스며든 후의 샘플 중량이다.
두께 팽창 % = (T2-T1)/T1 ×100, 식 중, T1 은 물에 스며들기 전의 샘플 중량이며 T2 는 물에 스며든 후의 샘플 중량이다.
수분 섭취 및 두께 팽창의 평균 퍼센트는 표 4에 나타나 있다:
첨가제 수분 섭취 두께 팽창
7일 40일 7일 40일
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트(대조군) 7.65 17.69 1.65 6.03
3 phc Barquat LS 5.12 12.64 1.44 3.02
1.5% Barquat LS + 3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 6.45 15.55 1.50 4.21
3.0 Barquat LS + 3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 5.71 14.14 1.45 3.92
3 Barquat LS + 0.1% 8-히드록시퀴놀린, 구리염 5.25 11.80 1.45 3.93
1.5% DDA-LS + 3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 7.02 17.52 1.58 5.36
3.0% DDA-LS + 3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 7.52 16.42 1.56 5.23
표 4에 나타난 바와 같이, Barquat LS 단독 또는 다른 첨가제들과 조합되어 제조된 복합물들은 대조군 단독으로일때 보다 수분을 덜 흡수하며 두께 팽창도 덜하다.
알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트 또는 디데실디메틸 암모늄 라우릴 술페이트를 포함하는 압출된 샘플의 균 성장을 억제하는 효율은 당업계에 공지된 표준 토양 블록 시험 방법(American Wood Preservation Association E10)에 의해 평가된다. 살균제 효율은 시험된 샘플의 목재 성분에서의 중량 손실%로 결정된다. 샘플 블록(13 mm ×14 mm ×14 mm)은 갈색 부후균인 G. 트라베움(trabeum) 에 한회 처리당 4개의 복사본으로 22주 동안 노출시켰다.
표 5에 나타난 상기 결과는, 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트 또는 디데실디메틸 암모늄 라우릴 술페이트를 포함하는 압출된 샘플은 통상적인 윤활제(N,N 에틸렌 비스-스테아라미드 및 아연 스테아레이트)를 포함하는 대조군 샘플에 비해 현저히 낮은 중량 손실을 갖는다는 것을 명백하게 보여준다. 이는 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트 또는 디데실디메틸 암모늄 라우릴 술페이트의 첨가가 갈색 부후균의 성장을 실질적으로 상다한 정도까지 억제한다는 것을 나타낸다.
압출된 목재섬유 플라스틱 복합물에 대한 평균 중량 손실%의 요약(60%의 송화분 및 40%의 HDPE)
첨가제 평균 중량 손실
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 21.0
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 + 1.5% Barquat-LS(목재 중량 기준) 1.7
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 + 3.0% Barquat-LS(목재 중량 기준) 1.7
3 phc Barquat-LS 1.4
3 phc Barquat-LS + 0.1% 8-히드록시퀴놀린, 구리염(목재 중량 기준) 0.9
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 + 1.5% DDA-LS(목재 중량 기준) 2.8
3 phc Acrawax C/아연 스테아레이트 + 3.0% DDA-LS(목재 중량 기준) 2.5
알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트 및 8-히드록시퀴놀린의 혼합물, 구리염(40 : 1 중량)을 포함하는 샘플은 또한 균성장을 감소시키는데, 이는 목재 보존제인 8-히드록시퀴놀린, 구리염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트와 혼합될때 살균 강화제(enhancer)로서 기능하는 것을 나타낸다. 이 실험은 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 술페이트와 항미생물 강화제로서 다른 살균제를 사용하는 것이 상기 조합의 살균 활성을 증가시킴을 뒷받침한다.
상기 언급한 모든 특허, 출원, 문서, 출판물 및 시험 방법은 본원에 참조로서 포함된다.

Claims (26)

  1. 약 30 내지 약 70 중량%의 중합체, 약 70 내지 약 30 중량%의 셀룰로스성 섬유, 및 약 1 내지 약 7 phc 의 하기 식의 4차 암모늄 알킬 염을 포함하는 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물:
    [식 중, X는 알킬 카복실레이트 -O-C(O)R, 알킬 설페이트 -O-S(O)2OR, 알킬 설포네이트 -S(O)2OR, 알킬 포스페이트 -O-P(O)OHOR, 알킬 포스파이트 -O-P(O)H-OR이고;
    R 은, 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고, R1 은 장쇄 알킬기 또는 벤질기이며,
    여기서, R1 기가 장쇄 알킬기인 경우, R2 및 R3는 단쇄 알킬기이고 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이고,
    R1기가 벤질기인 경우, R2는 단쇄 알킬기이고 R3 및 R4는 각각 단쇄 또는 장쇄 알킬기이며,
    상기한 장쇄 알킬기는 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가지고, 상기 단쇄 알킬기는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 가진다].
  2. 제 1 항에 있어서, 장쇄 알킬기가 8 내지 22 개의 탄소 원자를 가지고, 단쇄 알킬기가 1 내지 4 개의 탄소 원자를 가지는 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴, 알킬 트리메틸 암모늄 라우릴 또는 디알킬 디메틸 암모늄 라우릴 염, 또는 이의 조합물인 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, R 기가 10 내지 18 개의 탄소 원자를 함유하는 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서, 알킬디메틸벤질 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트인 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트 내의 알킬기가 40% C12, 50% C14 및 10% C16 을 함유하는 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  7. 제 3 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트인 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 중합체가 고밀도 폴리에틸렌인 중합체-셀룰로스성 섬유 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 셀룰로스성 섬유가 오크, 소나무, 또는 단풍나무, 짚, 옥수수 줄기, 왕겨(rice hull), 밀, 귀리, 보리, 귀리 왕겨, 코코넛 껍질, 땅콩 껍질, 호두 껍질, 황마, 대마, 사탕수수 깍지, 대나무, 아마, 케나프, 또는 이의 조합물인 중합체-셀룰로스성 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 목재의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 3.0 중량%의 살생물제를 추가로 포함하는 중합체-셀룰로스성 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, 살생물제가 구리 화합물, 아연 화합물, 아졸, 이소티아졸론, 카바메이트, 또는 이의 조합물인 중합체-셀룰로스성 조성물.
  12. 약 30 내지 약 70 중량%의 중합체, 약 70 내지 약 30 중량%의 셀룰로스성 섬유, 및 약 1 내지 약 7 phc 의 하기 식의 4차 암모늄 알킬 염을 포함하는 압출성 조성물:
    [식 중, X는 알킬 카복실레이트 -O-C(O)R, 알킬 설페이트 -O-S(O)2OR, 알킬 설포네이트 -S(O)2OR, 알킬 포스페이트 -OP(O)OHOR, 알킬 포스파이트 -OP(O)H-OR이고;
    R 은, 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고, R1 은 장쇄 알킬기 또는 벤질기이며,
    여기서, R1 기가 장쇄 알킬기인 경우, R2 및 R3는 단쇄 알킬기이고 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이고,
    R1기가 벤질기인 경우, R2는 단쇄 알킬기이고 R3 및 R4는 각각 단쇄 또는 장쇄 알킬기이며,
    상기한 장쇄 알킬기는 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가지고, 상기 단쇄 알킬기는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 가진다].
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 장쇄 알킬기는 8 내지 22개의 탄소 원자를 가지고 상기 단쇄 알킬기는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 가지는 압출성 조성물.
  14. 제 12 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴, 알킬 트리메틸 암모늄 라우릴 또는 디알킬 디메틸 암모늄 라우릴 염, 또는 이의 조합물인 압출성 조성물.
  15. 제 14 항에 있어서, R 기가 10 내지 18 개의 탄소 원자를 함유하는 압출성 조성물.
  16. 제 14 항에 있어서, 알킬디메틸벤질 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트인 압출성 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서, 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴 설페이트 내의 알킬기가 40% C12, 50% C14 및 10% C16 을 함유하는 압출성 조성물.
  18. 제 14 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트인 압출성 조성물.
  19. 제 12 항에 있어서, 중합체가 고밀도 폴리에틸렌인 압출성 조성물.
  20. 제 12 항에 있어서, 셀룰로스성 섬유가 오크, 소나무, 또는 단풍나무, 짚, 옥수수 줄기, 왕겨(rice hull), 밀, 귀리, 보리, 귀리 왕겨, 코코넛 껍질, 땅콩 껍질, 호두 껍질, 황마, 대마, 사탕수수 깍지, 대나무, 아마, 케나프, 또는 이의 조합물인 압출성 조성물.
  21. 압출성 조성물에 대해 압출 공정을 실시하기 이전에, 4차 암모늄 알킬염을, 중합체 및 셀룰로스성 섬유를 함유하는 압출성 조성물에 혼합하는 것을 포함하는, 중합체-목재 복합물의 부식을 방지하는 방법으로서, 4차 암모늄 알킬 염이 하기 식을 가지는 방법:
    [식 중, X는 알킬 카복실레이트 -O-C(O)R, 알킬 설페이트 -O-S(O)2OR, 알킬 설포네이트 -S(O)2OR, 알킬 포스페이트 -OP(O)OHOR, 알킬 포스파이트 -OP(O)H-OR이고;
    R 은, 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고, R1 은 장쇄 알킬기 또는 벤질기이며,
    여기서, R1 기가 장쇄 알킬기인 경우, R2 및 R3는 단쇄 알킬기이고 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이고,
    R1기가 벤질기인 경우, R2는 단쇄 알킬기이고 R3 및 R4는 각각 단쇄 또는 장쇄 알킬기이며,
    상기한 장쇄 알킬기는 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가지고, 상기 단쇄 알킬기는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 가진다].
  22. 제 21 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벤질 암모늄 라우릴, 알킬 트리메틸 암모늄 라우릴 또는 디알킬 디메틸 암모늄 라우릴 염, 또는 이의 조합물인 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 알킬디메틸벤질 암모늄 알킬 염이 알킬디메틸벨질 암모늄 라우릴 설페이트인 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 4차 암모늄 알킬 염이 디데실디메틸 암모늄 라우릴 설페이트인 방법.
  25. 제 21 항에 있어서, 중합체-목재 복합물이 30 내지 70 중량%의 중합체, 70 내지 30 중량%의 셀룰로스성 섬유, 및 1 내지 7 phc 의 4차 암모늄 알킬 염을 함유하는 방법.
  26. 하기 식을 갖는 4차 암모늄 알킬 염:
    [식 중, X는 알킬 설포네이트 -S(O)2OR, 알킬 포스페이트 -OP(O)OHOR, 또는 알킬 포스파이트 -OP(O)H-OR이고;
    R 은, 8개 내지 22개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고, R1 은 장쇄 알킬기 또는 벤질기이며,
    여기서, R1 기가 장쇄 알킬기인 경우, R2 및 R3는 단쇄 알킬기이고 R4는 단쇄 또는 장쇄 알킬기이고,
    R1기가 벤질기인 경우, R2는 단쇄 알킬기이고 R3 및 R4는 각각 단쇄 또는 장쇄 알킬기이다].
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