PL393431A1

PL393431A1 - Sposób ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym (V) oraz środki do ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym (V)

Info

Publication number: PL393431A1
Application number: PL393431A
Authority: PL
Inventors: Jadwiga Zabielska-Matejuk; Juliusz Pernak; Mariusz Kot; Anna Stangierska
Original assignee: Inst Tech Drewna
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-02

Description

393i 3 1

U

Sposób ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) oraz środki do ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V)

Przedmiotem wynalazku jest sposób ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) oraz środki do ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V).

Drewno użytkowane w warunkach podwyższonej wilgotności może ulegać rozkładowi biologicznemu, wywołanemu przez grzyby, bakterie, glony, porosty, owady oraz organizmy wodne. Największe zagrożenie dla drewna budowlanego stanowią podstawczaki (Basidiomycotina), powodujące szybki rozkład drewna i utratę wytrzymałości. Grupa ta obejmuje około 60 gatunków grzybów o zróżnicowanej sile niszczenia. Zróżnicowana oporność grzybów na środki fungistatyczne czy grzybobójcze, związana z mnogością gatunków grzybów niszczących drewno, wynika z odrębnej morfologii i fizjologii poszczególnych gatunków. W obrębie jednego gatunku postacie morfologiczne (wegetatywna grzybnia, zarodniki, konidia, formy przetrwalnikowe) wykazują odmienną wrażliwość na preparaty chemiczne. W przypadku grzybów pleśniowych porastających drewno, zarodniki i formy przetrwalnikowe (chlamydospory), charakteryzujące się grubą ścianą komórkową chroniącą komórkę przed denaturacją, wykazują szczególnie dużą odporność na działanie środków grzybobójczych. Z tych powodów często środki ochrony drewna o dużej fungitoksyczności w stosunku do grzybów domowych, są nieskuteczne wobec grzybów niedoskonałych (Fungi imperfecti), wywołujących pleśnienie drewna. Świeżo pozyskana tarcica iglasta, nie poddana zabiegom suszenia, podatna jest na zmiany barwicowe, zawłaszcza zasinienie, powstałe podczas składowania w warunkach wysokiej wilgotności powietrza. Procesy przebarwień powodowane przez grzyby mogą być skutecznie wyeliminowane dzięki zabiegom ochronnym, przy użyciu aktywnych biologicznie środków chemicznych.

Znane są środki do ochrony drewna przed zasinieniem, których składnikiem grzybobójczym są rozpuszczalne w wodzie sole sodowe pochodnych fenolowych. Przykładem takich środków są preparaty zawierające w swym składzie polichlorofenolan sodu, fenylofenolan sodu, do których dla złagodzenia właściwości drażniących dodawano boraks. Mankamentem tych środków jest negatywne oddziaływanie na środowisko, z uwagi na ich silną toksyczność i brak biodegradowalności.

Znane są w kąpielach antyseptycznych tarcicy aplikacje preparatów zawierających karbaminiany (IPBC), chlorothalonil, karbendazym, fenpropimorf, pochodne triazolu i 1 benzotiazolu, jak również halogenki amin trzeciorzędowych oraz czwartorzędowe halogenki amoniowe.

Czwartorzędowe halogenki amoniowe, zawierające jeden lub dwa długie łańcuchy alkilowe, zbudowane z 8 do 18 atomów węgla, charakteryzują się wysoką aktywnością wobec grzybów niedoskonałych, w tym grzybów siniznowych. Do najczęściej stosowanych środków przeciw grzybom wywołujących siniznę drewna iglastego należy zaliczyć chlorki: dodecylotrimetyloamoniowy, tetradecylotrimetyloamoniowy, heksadecylotrimetyloamonio w, oktadecylotrimetyloamoniowy. Także halogenowodorki oraz octany amin trzeciorzędowych zawierające jeden długołańcuchowy podstawnik alkilowy zawierający od 8 do 18 atomów węgla oraz dwa podstawniki metylowe wykazały dobrą skuteczność działania na grzyby siniznowe.

Znany jest sposób zabezpieczenia drewna przed grzybami barwicowymi, pleśniami oraz grzybami rozkładającymi preparatami handlowymi zawierającymi chlorki lub bromki alkilodimetylobenzyloamoniowe (potoczna nazwa - benzalkoniowe), w których grupa alkilowa zbudowana jest z 8 do 18 atomów węgla, w mieszaninie z kwasem borowym (patent nr 153 889). Czwartorzędowe halogenki amoniowe, z uwagi na negatywne oddziaływanie chloru na środowisko, zastępowane są solami z anionami np. propionowym, boranowym czy azotanowym(V).

Znane są sposoby syntezy czwartorzędowych soli amoniowych uzyskiwanych z surowców naturalnych, tj. tłuszczów pochodzenia zwierzęcego jak i roślinnego. Przedstawiony w patencie nr P-397704 sposób wytwarzania amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) umożliwia otrzymanie nowych związków powierzchniowo czynnych, dobrze rozpuszczalnych w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Syntezowane ciecze jonowe nie zawierają chloru, ani innych halogenków, posiadają właściwości antyelektrostatyczne, są stabilne termicznie i chemicznie, wykazują dużą aktywność wobec bakterii chorobotwórczych. Użyte we wspomnianym patencie nazwy zwyczajowe podstawników coco, soya oraz oleyl używane w nazwach kationów pochodzenia naturalnego oznaczają: • coco - oznacza mieszaninę grup alkilowych o następującym składzie: osiem atomów węgla (5%), dziesięć atomów węgla (6%), dwanaście atomów węgla (50%), czternaście atomów węgla (19%), szesnaście atomów węgla (10%) oraz osiemnaście atomów węgla (10%), • soya - oznacza mieszaninę grup alkilowych o następującym składzie: osiem atomów węgla (8%), dziesięć atomów węgla (6%), dwanaście atomów węgla (50%), czternaście atomów węgla (19%), szesnaście atomów węgla (10%) oraz osiemnaście atomów węgla (10%), w grupach alkilowych znajdują się wiązania podwójne, • oleyl - oznacza mieszaninę podstawników nienasyconych zawierającą: dwanaście atomów węgla (5%), czternaście atomów węgla (1%), szesnaście atomów węgla (14%) oraz osiemnaście atomów węgla (80%), w grupach alkilowych znajdują się wiązania podwójne.

Nieoczekiwanie okazało się, że amoniowe ciecze jonowe z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) o wzorze ogólnym 1, w którym R1 oznacza benzyl, lub 2 metyl, lub etyl, lub podstawnik coco, lub soya, lub oleyl, R2, R3 oznacza metyl, lub etyl, lub hydroksyetyl, lub polioksyetyl, lub podstawnik alkilowy o długości łańcucha węglowego od trzech do szesnastu atomów węgla, R4 oznacza benzyl, lub metyl, lub etyl, lub podstawnik coco, lub soya, lub oleyl, wykazują wysoką aktywność w stosunku do grzybów rozkładających drewno, grzybów wywołujących siniznę drewna oraz pleśni.

Istota wynalazku są środki do ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V), charakteryzują się tym, że substancję czynną stanowią amoniowe ciecze jonowe z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, w którym R1 oznacza benzyl, lub metyl, lub etyl, lub podstawnik coco, lub soya, lub oleyl, R2, R3 oznacza metyl, lub etyl, lub hydroksyetyl, lub polioksyetyl, lub podstawnik alkilowy o długości łańcucha węglowego od trzech do szesnastu atomów węgla, R4 oznacza benzyl, lub metyl, lub etyl, lub podstawnik coco, lub soya, lub oleyl, w postaci czystej cieczy jonowej lub jej roztworu wodnego, lub jej roztworu w rozpuszczalniku organicznym, korzystnie izopropanolowym, lub jej roztworu wodno-organicznym, najlepiej wodno-izopropanolowym o stężeniu od 0,5 % do 80%, lub zawierającym dodatkowo co najmniej 1,0 % węglanu sodu, lub węglanu potasu, lub wodorowęglanu sodu, lub wodorowęglanu potasu, lub z mieszaniną tych soli nieorganicznych.

Sposób powierzchniowego zabezpieczania drewna, w szczególności do ochrony drewna przed grzybami pleśniowymi, z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V), polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem cocotrimetyloamoniowym i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, nanosi się na drewno metodami bezciśnieniowymi w ilości nie mniejszej niż 25 g/m2 drewna w postaci czystych cieczy jonowych lub co najmniej 40% roztworu wodnego, wprowadzanego do drewna o wilgotności do punktu nasycenia włókien, korzystnie

powietrzno-suchego, o wilgotności od 13 do 22%, w temperaturze od 5 do 100°C, korzystnie 20 °C

Drugi sposób polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem cocotrimetyloamoniowym i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, wprowadza się metodami ciśnieniowymi w ilości nie mniejszej niż 3,5 kg/m3 drewna iglastego lub nie mniejszej niż 8,5 kg/m3 drewna liściastego, w postaci czystych cieczy jonowych lub ich roztworu wodnego o stężeniu co najmniej 2,5%, wprowadzanego do drewna o wilgotności do punktu nasycenia włókien, korzystnie powietrzno-suchego, o wilgotności od 13 do 22%, w temperaturze od 5 do 100°C, korzystnie 20 °C.

Trzeci sposób polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem cocotrimetyloamoniowym i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, nanosi się na powierzchnię drewna metodą krótkotrwałej, od 1 do 3 minutowej kąpieli, w temperaturze od 1 do 35°C, w ilości nie mniejszej niż 2,6 g/m2 drewna iglastego świeżo przetartego, o wilgotności powyżej punktu nasycenia włókien, korzystnie od 60 do 150%, w postaci roztworu wodnego.

Czwarty sposób polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem cocotrimetyloamoniowym i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, nanosi się na powierzchnie drewna metodą krótkotrwałej od 1 do 3 minutowej kąpieli, w temperaturze od 1 do 35°C, w ilości nie mniejszej niż 1,7 g/m2 drewna iglastego świeżo przetartego, o wilgotności powyżej punktu nasycenia włókien, korzystnie 60-150%, korzystnie 80%,w postaci silnie alkalicznego, pH co najmniej 9 roztworu wodnego, otrzymanego przez dodanie od 1,0 do 4,0% węglanu sodu lub węglanu potasu, lub wodorowęglanu sodu, lub wodorowęglanu potasu, lub ich mieszaniny. 3

Piąty sposób polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem uzyskanym z etoksylatu oleju kokosowego i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, nanosi się na drewno, metodami bezciśnieniowymi w ilości nie mniejszej niż 50 g/m2 drewna, o wilgotności do punktu nasycenia włókien, korzystnie powietrzno-suchego, o wilgotności od 13 do 22%, w temperaturze od 5 do 100°C, korzystnie 20 °C, w postaci czystej cieczy jonowej lub jej roztworu wodnego.

Kolejny sposób polega na tym , że amoniowe ciecze jonowe z kationem uzyskanym z etoksylatu oleju kokosowego i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, wprowadza się metodami ciśnieniowymi w ilości nie mniejszej niż 9,5 kg/m3 drewna iglastego lub nie mniejszej niż 13,9 kg/m3 drewna liściastego, o wilgotności do punktu nasycenia włókien, korzystnie powietrzno-suchego, o wilgotności od 13 do 22%, w temperaturze od 5 do 100°C, korzystnie 20 °C, w postaci czystych cieczy jonowych lub ich roztworu wodnego.

Następny sposób polega na tym, że amoniowe ciecze jonowe z kationem dicocodimetyloamoniowym i anionem azotanowym(V), o wzorze ogólnym 1, określonych zastrzeżeniem 1, które nanosi się metodami bezciśnieniowymi na drewno w ilości nie mniejszej niż 100 g/m2 drewna, o wilgotności do punktu nasycenia włókien, korzystnie powietrzno-suchego, o wilgotności od 13 do 22%, w temperaturze od 5 do 100°C, korzystnie 20 °C w postaci czystej cieczy jonowej lub jej roztworu wodnego.

Korzystnym jest, gdy do środek do ochrony drewna przed grzybami z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V), zawiera co najmniej 0,01% środka zapachowego, zawiera co najmniej 0,01% pigmentu.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty: • nowe sposoby okresowej ochrony drewna iglastego przed grzybami sinizny i pleśnieniem z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V), • możliwość uzyskania trwałej ochrony przed rozkładem mikrobiogicznym drewna liściastego i iglastego, • amoniowe ciecze jonowe z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) jako składniki aktywne nie parują, • powierzchnia drewna po zastosowaniu środka ochrony drewna odprowadza ładunki elektryczne, • możliwość zastosowania drewna zabezpieczonego azotanem(V) dicocodimetyloamoniowym wewnątrz pomieszczeń, •

Sposoby zabezpieczenia drewna iglastego i liściastego z wykorzystaniem amoniowych cieczy jonowych z kationem pochodzenia naturalnego i anionem azotanowym(V) ilustrują następujące przykłady:

Przykład I

Sposób zabezpieczenia powierzchniowego drewna za pomocą azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego

Sposób zabezpieczenia wykonano metodą 2-minutowej kąpieli świeżo przetartych „mini-deseczki" drewna sosny Pinus sylvestris L. o wilgotności 90-150%, w temperaturze 20±2°C, w 4 roztworze wodnym środka zabezpieczającego - azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego o stężeniu 3,0 %, z dodatkiem 0,01% środka zapachowego, w środowisku obojętnym. Następnie, zgodnie z procedurą testu wg NWPC-Standard 1.4.1.3/79, infekowano powierzchnię mieszaniną grzybów wywołujących siniznę drewna iglastego.

Skuteczność działania azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego w stosunku do grzybów sinizny: Sclerophoma pityophila, Aureobasidium pullulans, Cladosporium herbańum, Ceratocistis penicillata określono w teście wg NWPC-Standard 1.4.1.3/79. Po 3-tygodniowej inkubacji z grzybami drewno zabezpieczone powierzchniowo azotanem(V) cocotrimetyloamoniowym w środowisku obojętnym, w ilości 2,6 g/m2 ulega zasinieniu w 1 stopniu, zgodnie z kryteriami oceny wg NWPC Standard 1.4.1.3/79.

Przykład II

Sposób zabezpieczenia wykonano metodą 2-minutowej kąpieli świeżo przetartych „mini-deseczki" drewna sosny Pinus sylvestris L. o wilgotności 90-150%, w temperaturze 20±2°C, w roztworze wodnym środka zabezpieczającego w postaci azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego, o stężeniu 3,5 %, zawierającym 0,01% środka zapachowego, oraz dodatkowo 1,0 % Na2C03. Roztwór impregnacyjny środka wykazuje charakter silnie alkaliczny. Następnie, zgodnie z procedurą testu wg NWPC-Standard 1.4.1.3/79, infekowano powierzchnię mieszaniną grzybów wywołujących siniznę drewna iglastego.

Skuteczność działania azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego w stosunku do grzybów sinizny: Sclerophoma pityophila, Aureobasidium pullulans, Cladosporium herbarium, Ceratocistis penicillata określono w teście wg NWPC-Standard 1.4.1.3/79. Opracowany sposób zabezpieczania drewna uwzględniający alkalizację roztworu impregnacyjnego, podwyższył efektywność działania azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego. Po 3-tygodniowej inkubacji z grzybami stopień zasinienia przy naniesieniu 2,8 g na 1 m2 drewna wynosił jedynie 0,3 wg kryteriów oceny NWPC Standard 1.4.1.3/79.

Przykład III

Sposób i środek do wgłębnego zabezpieczania zawierający jako substancję aktywną azotan(V) cocotrimetyloamoniowy

Azotan(V) cocotrimetyloamoniowy w postaci roztworu wodnego o stężeniu 1,0%, z dodatkiem 0,01% pigmentu, i 0,01% substancji zapachowej, wprowadzono do wgłębnego nasycania drewna sosny Pinus sylvestris L. o wilgotności 0%, metodą próżniowo-ciśnieniową, zgodnie z procedura PN-EN 113, w ilości 2,7 - 4,3 kg/m3 Proces nasycania ciśnieniowego zapewnia wysokie retencje środka w drewnie iglastym i liściastym, co jest korzystną cechą użytkową tego środka. Impregnowane drewno w roztworach wodnych azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego jest odporne na grzyby rozkładu brunatnego Coniophora puteana i białego Trametes versicolor. 5

Przykład IV

Azotan(V) cocotrimetyloamoniowy w postaci roztworu wodnego o stężeniu 1,0%, z dodatkiem 0,01% pigmentu, i 0,01% substancji zapachowej, zastosowano do nasycania absolutnie suchego drewna buka Fagus sylvatica L. o wilgotności 0%, metodą próżniowo-ciśnieniową, zgodnie z procedura PN-EN 113, w ilości 7,0 kg/m3. Proces nasycania ciśnieniowego zapewnia wysokie retencje środka w drewnie iglastym i liściastym, co jest korzystną cechą użytkową tego środka. Impregnowane drewno w roztworach wodnych azotanu(V) cocotrimetyloamoniowego jest odporne na grzyby rozkładu brunatnego Coniophora puteana i białego Trametes versicolor.

Przykład V Środek jako substancję aktywną zawiera azotan(V) dicocodimetyloamoniowy

Azotan(V) dicocodimetyloamoniowy w postaci 15% roztworu wodnego z dodatkiem 0,01% pigmentu wprowadza się do drewna sosny Pinus sylvestris L. metodami powierzchniowymi: zanurzenia lub smarowania w ilości 200 g czystej cieczy jonowej na 1 m2 drewna.

Skuteczność działania wobec grzyba rozkładu brunatnego Coniophora puteana, wyrażona dawką efektywną hamującą rozwój grzyba EDioo, wynosiła 2500 ppm. Dawka grzybostatyczna w stosunku do Sclerophoma pithyophila ED50 była na poziomie 100 ppm. Drewno iglaste zabezpieczone azotanem(V) dicocodimetyloamoniowym może być użytkowane wewnątrz pomieszczeń.

Przykład VI Środek jako substancję aktywną zawiera azotan(V) Ethoquadu C/12 Środek użyto do ciśnieniowego zabezpieczania drewna iglastego wprowadzając go do drewna o wilgotności 12±1% w postaci 2,0 % wodnych roztworów impregnacyjnych, zawierających w swym składzie 0,01% pigmentu, w ilości 9,5 kg czystej cieczy jonowej na 1 m3 drewna sosny.

Azotan (V) z kationem zawierającym etoksylaty oleju kokosowego posiada działanie przeciwsiniznowe. ED50 wobec Sclerophoma pithyophila wynosi 25 ppm, EDioo i LD kształtuje się na poziomie 1000 ppm. Dzięki w/w cieczy jonowej uzyskano zabezpieczenie drewna iglastego przed grzybami pleśniowymi, przy naniesieniu 25 g na m2 drewna.

Przykład VII Środek jako substancję aktywną zawiera azotan(V) Ethoquadu C/12 Środek użyto do ciśnieniowego zabezpieczania drewna iglastego wprowadzając go do drewna o wilgotności 12±1% w postaci 2 % wodnych roztworów impregnacyjnych, zawierających w swym składzie 0,01% pigmentu, w ilości 12,9 kg/m3 czystej cieczy jonowej na 1 m3 drewna liściastego - drewna buka. Azotan (V) z kationem zawierającym etoksylaty oleju kokosowego posiada działanie przeciwsiniznowe. ED50 wobec Sclerophoma pithyophila wynosi 25 ppm, EDioo i LD kształtuje się na poziomie 1000 ppm. Dzięki w/w cieczy jonowej 6 uzyskano zabezpieczenie drewna liściastego przed grzybami pleśniowymi, przy naniesieniu 25 g na m2 drewna.

Przykład VIII

Sposób I środek do zabezpieczania drewna zawierający jako substancję aktywną azotan(V) Ethoąuadu 0/12 Środek w postaci azotanu(V) z kationem zawierającym etoksylaty kwasu oleinowego z 0,05% dodatkiem pigmentu, zastosowano do powierzchniowego zabezpieczania drewna sosny Pinus sylvestris L. przeciw grzybom pleśniowym, w ilości 200 g czystej cieczy na m2 drewna.

Preparat charakteryzuje się działaniem grzybostatycznym. ED50 dla grzybów rozkładających Coniophora puteana i Trametes versicolor wynosi 25 ppm, natomiast dla grzyba wywołującego siniznę drewna iglastego Sclerophoma pithyophila - 50 ppm..

7