烷氧基化的胺在改进木材防水性中的应用

摘要

本发明涉及烷氧基化的胺在处理木材及其它纤维素材料以提高其防水特性并在使经处理的木材或其它纤维素材料与水接触时减少吸水中的应用。

说明书

本发明涉及烷氧基化的胺在处理木材及其它纤维素材料的应用，该 烷氧基化的胺可以提高经处理的木材或其它纤维素材料的防水(water repellent)特性并在其与水接触时减少吸水。

树木一旦被砍伐，木材就会因霉菌侵袭而开始腐烂。保护木材免于 腐烂的最成功的方法之一是通过使用水载(water-borne)木材防腐剂的 加压处理法来浸渍木材。可以通过向热处理过程中加入下述添加剂而使 这种处理更有效：该添加剂将通过为经处理木材赋予高度防水性而改进 其尺寸稳定性。

木材的防水处理的目的是降低木材表面的湿润性以便使液态水不会 形成粘附的薄膜并且减少液态水的吸收。这样防止吸收液态水而得到一 定程度的尺寸稳定性，并且防止在润湿和干燥过程中迅速膨胀和收缩， 其还在初始干燥期间或在使用中有效地降低机械降解速率、减少经处理 木材中的表面龟裂和裂缝。通过用防水剂处理降低了木材对水的自然亲 合力，从而尽可能减少木材开裂、端面裂缝和起毛刺，导致木材和整理 剂(finish)使用寿命的提高。

木材可以通过用松香溶液、含乳胶或乳状蜡的涂料组合物、或含有 表面活性剂的烃乳液处理而变成防水性的。

通式(I)的烷氧基化的胺(亦称ethomeen和ethoduomeen)是用于 多种用途的阳离子表面活性剂，例如用于粘胶丝生产、饲料添加剂、农 业添加剂应用、清洁剂、采矿中的浮选剂、用于沥青的乳化剂和增粘 剂、以及用于肥料的抗结块剂。WO-96/10332、WO-03/065807、和EP- 1,273,233公开了这些分别用于提高铜阳离子、三唑以及噻嗪的杀菌活 性的烷氧基化的胺。

现在已经发现，式(I)的烷氧基化的胺可以用作防水剂以浸渍木材 并改进其防水性和在经处理木材接触到水时减少吸水。

式(I)的烷氧基化的胺具有以下通式

其中

R¹是C_8-20烷基；

R²是

-[CH₂CH(X)O]_bH    (a-1)

或

n是1到4的整数；

a、b、和c各自独立地是可以是1到20的整数；

每个X独立地选自氢、甲基、乙基和苯基。

一组关注的式(I)的化合物是其中a、b和c各自独立地是可以是1 到6的整数的那些式(I)的化合物。

第一组特别的式(I)的烷氧基化的胺是其中R²表示(a-1)基的那 些式(I)的化合物。

第二组特别的式(I)的烷氧基化的胺是其中R²表示(a-2)基的那 些式(I)的化合物。

更特别的式(I)的烷氧基化的胺是其中应用了一种或多种以下限制 的那些式(I)的烷氧基化的胺：

a)n是整数2或3，优选n是3；

b)X是氢；

c)R是C_10-20烷基，优选椰油烷基或牛油烷基(tallowalkyl)。

其中R²表示(a-1)基的市售的式(I)的烷氧基化的胺在下表中列 出：

  产品名称   化学名称   Ethomeen C/12   双(二-羟乙基)椰油烷基胺   Ethomeen C/15   乙氧基化(5)椰油烷基胺   Ethomeen C/25   乙氧基化(15)椰油烷基胺   Ethomeen O/12   双(二-羟乙基)油胺   Ethomeen O/17   乙氧基化(7)油胺   Ethomeen O/20   乙氧基化(10)油胺   Ethomeen S/15   乙氧基化(5)大豆烷基胺   Ethomeen S/25   乙氧基化(15)大豆烷基胺

  Ethomeen T/12   双(二-羟乙基)牛油烷基胺   Ethomeen T/15   乙氧基化(5)牛油烷基胺   Ethomeen T/25   乙氧基化(15)牛油烷基胺   Ethomeen HT/12   双(二-羟乙基)氢化牛油烷基胺   Ethomeen HT/14   乙氧基化(4)氢化牛油烷基胺   Ethomeen HT/17   乙氧基化(7)氢化牛油烷基胺   Ethomeen HT/20   乙氧基化(10)氢化牛油烷基胺   Ethomeen HT/25   乙氧基化(15)氢化牛油烷基胺   Ethomeen HT/30   乙氧基化(20)氢化牛油烷基胺   Ethomeen 12/12   双(二-羟乙基)十二烷基胺   Ethomeen 18/12   双(二-羟乙基)十八烷基胺

其中R²表示(a-2)基的市售的式(I)的烷氧基化的胺在下表中列 出：

  产品名称   化学名称   Propoduomeen   C13   N，N′，N′-三(2-羟丙基)-N-椰油烷基-1，3-二氨基丙   烷   Ethoduomeen   T11   单(2-羟乙基)-N-牛油烷基-1，3-二氨基丙烷   Ethoduomeen   T13   N，N′，N′-三(2-羟乙基)-N-牛油烷基-1，3-二氨基丙   烷   Ethoduomeen   T25   N，N′，N′-聚氧乙烯(15)-N-牛油烷基-1，3-二氨基丙   烷   Ethoduomeen   C13   N，N′，N′-三(2-羟乙基)-N-椰油烷基-1，3-二氨基丙   烷

最优选的式(I)的烷氧基化的胺是N，N′，N′-三(2-羟乙基)-N-椰油烷基- 1，3-二氨基丙烷(＝Ethoduomeen T13)和N，N′，N′-三(2-羟乙基)-N-椰油烷基- 1，3-二氨基丙烷(＝Ethoduomeen C13)。

这里所使用的“木材”、“木材料”和“木制品”意指所有形式的木材，例 如，实心木材(例如原木、横梁、薄板和木板形式的木料或板材)、木 复合材料(例如木纤维板、粗纸板和碎料板)、以及从木材和木复合材 料制造的产品(例如辊架、甲板、板壁、侧包层、屋顶木瓦、工具杆、 和铁路倒断头)。

在本发明的另一个目的中，式(I)的烷氧基化的胺可用于改进各种 纤维素材料如纸和纸板的防水性。

式(I)的烷氧基化的胺以液体溶液的形式使用，该液体溶液用于处 理木材以提高木材的防水特性或用于减少当处理的木材接触到水时的吸 水。然而，式(I)的烷氧基化的胺还可以以纯形式应用到木材上。

式(I)的烷氧基化的胺可以以液体组合物的形式使用，该液体组合 物可以是随时可使用的组合物或必须在使用之前不久稀释的浓缩组合 物。这些液体组合物中包括的式(I)的烷氧基化的胺的量在0.1到90wt ％的范围内。

适用于包括式(I)的防水性烷氧基化的胺的液体组合物的载体是不 会对式(I)的烷氧基化的胺有负面影响的任何液体，例如，水、醇(例 如、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇、甘油等)、酮(例如，丙 酮、甲基乙基酮等)、醚(例如，二氧杂环己烷、四氢呋喃、溶纤剂、 二甘醇二甲醚等)、脂肪烃(例如，己烷、煤油等)、芳香烃(例如， 苯、甲苯、二甲苯、溶剂油、甲基萘等)、卤代烃(例如，氯仿、四氯 化碳等)、酰胺(例如，二甲基甲酰胺等)、酯(例如，乙酸甲酯、乙 酸乙酯、乙酸丁酯、脂肪酸甘油酯等)、以及腈(例如，乙腈等)。这 些溶剂可以单独使用或者两种或更多种组合使用。

用于液体组合物的载体还可以是超临界CO₂。

式(I)的烷氧基化的胺还可以用作木材处理用组合物中的防水添加 剂，其首先用于使木材对细菌、真菌、霉菌或昆虫的攻击更有耐受性。

包括式(I)的烷氧基化的胺的液体组合物可以通过任何已知技术施 用到木材，例如，通过浸渍、喷洒、静电喷洒、幕涂(curtain coating)、毛 刷涂布、浸渍涂布、流涂、辊式涂布和真空/压力处理方法(其利用压差 使液体渗透)。

实验部分

材料和方法

木材的处理

烷氧基化的胺：Ethoduomeen C/13(Akzo Nobel)、CAS 90367-21-8。

              Ethoduomeen T/13(Akzo Nobel)，CAS 90367-27-4。

试验浓度：在脱盐水中，500、2500和12500毫克/升(ppm)，但 是，将12500ppm的ethoduomeen T/13溶解在0.2％0.1N HCl(＝2.10^-4M 或7.3ppm)中

溶剂：无菌脱盐水

木材种类：欧洲赤松(Pinus sylvestris)；556.58kg/m³

木材尺寸：15×25×50毫米(体积18.75cm³，多块(n＝110)的平 均实验室干重为10.50克，标准偏差为0.72)

处理：压力处理：400mbar，10分钟

表面施涂：浸渍30秒

对照物：用脱盐水处理，或

用脱盐水处理，加入0.2％0.1N HCl(＝2.10^-4M或7.3ppm)(仅 对于12500ppm试验溶液中的ethoduomeen T/13)

重复：5

固定：14天

干燥：14天+3天

防水性试验

评估方法：在室温下在脱盐水中浸渍30分钟之后增加的％重量

在脱盐水中在室温下浸渍30分钟之后，沿木块的25毫米侧测量的 ％切向膨胀(AWPA标准E4-78)

统计：使用具有Dunnett′s多重比较校正的ANOVA，比较处理物和 对照物。对于总p＝0.05，临界t-值＝2.72(g＝6，df＝32)，导致α＝ 0.0105。

结果和讨论

表1：用ethoduomeen C/13和T/13处理的木材浸渍30分钟之后增加 的％重量

  对照物   Ethoduomeen T/13(ppm)   Ethoduomeen C/13(ppm)

  水   HCl   500   2500   12500   500   2500   12500  真空   44.15   44.67   43.28   22.40   21.61   33.17   23.23   27.97   46.42   43.60   42.06   20.48   17.35   31.80   38.69   24.79   49.85   46.99   39.20   25.56   17.52   31.29   23.13   21.22   46.27   37.93   41.59   32.74   24.13   35.77   32.81   37.78   47.57   46.69   38.56   25.97   18.93   44.79   27.67   22.00  平均值^*  46.85   43.98   40.94   25.43^*  19.91^*  35.37^*  29.10^*  26.75^*

  对照物   Ethoduomeen T/13(ppm)   Ethoduomeen C/13(ppm)   水   HCl   500   2500   12500   500   2500   12500  浸渍   31.07   37.23   35.53   32.18   17.86   33.11   25.61   17.71   33.83   25.32   28.76   31.53   23.41   22.86   28.68   22.04   28.90   39.15   37.75   34.44   24.45   32.69   31.76   22.83   43.18   20.68   37.16   26.05   24.46   32.21   27.03   26.99   31.42   27.59   30.05   39.83   22.12   35.16   17.75   23.08  平均值^*  33.68   29.99   33.85   32.81   22.46^*  31.21   26.17   22.53^*

用^*标明的平均值与对照物显著不同(P-0.05)。

对于所有试验浓度的ethoduomeen C/13及2500和12500ppm的 ethoduomeen T/13来说，在真空渗透之后，经处理木块因吸水而增加的 平均％重量显著低于对照物(5％水平)。

对于12500ppm的ethoduomeen C/13和T/13来说，浸渍之后经处理 木块因吸水而增加的平均％重量显著低于对照物(5％水平)。

表2：用ethoduomeen C/13和T/13处理的木材浸渍30分钟之后增加 的％切向膨胀

  对照物   Ethoduomeen T/13(ppm)   Ethoduomeen C/13(ppm)

  水   HCl   500   2500   12500   500   2500   12500   真空   3.76   3.16   3.29   0.84   1.80   2.50   0.92   2.92   4.08   3.55   3.05   2.00   1.21   2.72   3.72   1.43   3.63   2.83   3.81   2.53   1.52   1.39   1.93   2.22   4.76   3.48   3.68   2.51   1.40   1.98   2.56   3.12   4.80   3.44   2.90   1.36   1.56   3.30   1.28   0.48   平均值^*  4.21   3.29   3.35^*  1.85^*  1.50^*  2.38^*  2.08^*  2.03^*

  对照物   Ethoduomeen T/13(ppm)   Ethoduomeen C/13(ppm)   水   HCl   500   2500   12500   500   2500   12500   浸渍   2.64   1.97   2.08   2.02   0.80   1.45   1.20   1.58   2.21   1.40   2.40   1.52   1.17   0.56   1.41   1.21   1.81   1.81   1.93   2.38   0.97   2.10   1.52   1.20   3.66   0.89   1.93   0.68   0.79   1.40   1.68   1.46   1.80   1.45   1.41   2.46   0.88   1.96   1.08   0.84   平均值^*  2.42   1.50   1.95   1.81   0.92^*  1.49   1.38   1.26^*

用^*标明的平均值与对照物显著不同(P-0.05)。

对于所有试验浓度的ethoduomeen C/13和T/13来说，在真空渗透之 后，经处理木块因吸水而增加的平均％切向膨胀显著低于对照物(5％水 平)。

对于12500ppm的ethoduomeen C/13和T/13来说，浸渍之后经处理 木块因吸水而增加的平均％切向膨胀显著低于对照物(5％水平)。

结论

甚至相对低浓度的胺的情况下，带有烷氧基化的胺ethoduomeen C/13 和T/13的松木的真空渗透也显著减少了经处理木材的吸水。

松木在ethoduomeen溶液中短暂浸渍仅在使用高浓度的ethoduomeen C/13或T/13时能得到明显减少的吸水。