DE69824552T2

DE69824552T2 - Wasserdichtungs- und konservierungszusammensetzungen für holz

Info

Publication number: DE69824552T2
Application number: DE69824552T
Authority: DE
Inventors: E. Leigh WALKER
Original assignee: Lonza AG; Lonza LLC
Current assignee: Lonza LLC
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: NZ336947A; NO993335L; JP2000507895A; IN190034B; JP3231337B2; KR20000070225A; BR9807494B1; HK1026391A1; WO1998031518A2; EP0960007A2; ATE269195T1; CA2278173A1; CA2278173C; IL130978A0; AU719078B2; NO993335D0; WO1998031518A3; DE69824552D1; EP0960007B1; CN1263489A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Wasserdichtausrüst- und Holzkonservierungszusammensetzungen. Es wurde gefunden, dass Alkyldimethylaminoxide, Alkylacetoacetate und quaternäre Ammoniumzusammensetzungen einen überragenden Wasserdichtausrüstschutz für Holz bereitstellen, wenn sie in Kombination mit bioziden quaternären Ammoniumzusammensetzungen verwendet werden. Insbesondere widerstehen diese Wasserdichtausrüst- und Holzkonservierungszusammensetzungen sowohl biologischer als auch physikalischer Zersetzung von Holz und behalten darüber hinaus diese Beständigkeit bei Langzeitbewitterung.
Hintergrund der Erfindung
Die biologische Verrottung von Holz wird durch die Einwirkung von Pilzen und verwandten Organismen auf die Holzfaser verursacht. Biozide sind Chemikalien, die zu Holzbehandlungsmitteln hinzugefügt werden, welche das Wachstum solcher Organismen hemmen und somit die biologische Verrottung verhindern. Es wurde gezeigt, dass quaternäre Ammoniumverbindungen (Quats) sehr wirksame Biozide gegen Organismen sind, die üblicherweise Holz verrotten lassen.
Speziell Quats und insbesondere Didecyldimethylammoniumchlorid (DDAC)
werden allgemein als Holzschutzmittel eingesetzt, weil sie Widerstandsfähigkeit gegenüber Pilzen und Termiten, gegenüber Festigkeitsverlust und der Empfindlichkeit gegen elektrische Einflüsse ähnlich denjenigen der gewöhnlich eingesetzten Schutzmittel aus saurer Kupfer/Chrom/Arsen-Lösung (CCA) oder ammoniakalischer Kupfer- und Arsensalzlösung besitzen. Siehe Proc. of the Am. Wood Pres. Assoc. 80: 191–210 (1984).
Die zweite Ursache für die Verschlechterung von Holz, physikalische Zersetzung, ist das Ergebnis von Quellung und Schwindung von Holz, das abwechselnd Feuchtigkeit ausgesetzt und getrocknet wird. Diese Zersetzung wird dadurch vermieden, dass die Feuchtigkeitsexposition des Holzes unter Verwendung von Zusammensetzungen mit wasserabweisenden Eigenschaften verhindert wird. Verbindungen auf Wachsbasis sind üblicherweise auf Holz verwendete wasserabweisende Mittel, sind aber unverträglich mit quaternären Ammoniumverbindungen. Somit besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf an der Entwicklung einer Zusammensetzung, welche es ermöglicht, die von den quaternären Ammoniumverbindungen verliehene überragende Beständigkeit gegenüber biologischer Verrottung mit einem wirksamen wasserabweisenden Mittel zu kombinieren, und welche ihre Wirksamkeit über lange Zeiträume nicht verliert.
Die Erfinder haben eine Zusammensetzung zur Wasserdichtausrüstung entdeckt, die Ester von Fettsäuren umfasst. Außerdem wurde gefunden, dass Alkyldimethylaminoxide, Alkylacetoacetate und einige Quats wirksame wasserdichtausrüstende Zusammensetzungen sind.
Kombinationen von quaternärem Ammonium und Aminoxiden sind in U.S.-Patenten für die Verwendung als Reinigungszusammensetzungen beschrieben. Insbesondere beschreiben Findlan et al. in zwei Patenten (U.S.-Patente Nr. 3,296,145 und 3,484,523), tertiäre Aminoxide, worin der Alkylrest 8 bis 20 Kohlenstoffatome umfasst, in Kombination mit Quats, wie Alkylammoniumchloriden, zur Verwendung in einer chirurgischen Seife. Polymere quaternäre Ammoniumverbindungen werden in Green et al. (U.S.-Patent Nr. 4,005,193) mit Fungiziden in einer Emulsion kombiniert. Aminoxid wird als Emulgator verwendet. Diese Kombination stoppt das Pilzwachstum in Wasser-in-Öl-Emulsionen. Ferner beschreiben Like et al. (U.S.-Patent Nr. 4,336,151) nicht-reizende Desinfektionsmittel für das Auge, die quaternäre Ammoniumverbindungen und Stearyldimethylaminoxid umfassen.
Gruetzman (U.S.-Patent Nr. 4,013,804) beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Holz, das spritzlackiert werden soll, wobei die Quatverbindung dem behandelten Holz eine elektrostatische Ladung verleiht, so dass ein wirksames Spritz lackierungsverfahren auf der Basis von elektrischer Anziehung verwendet werden kann. Sowohl Wasserabweisung als auch biozide Wirkung sind erwartete Merkmale der Behandlung; die Behandlungsabschnitte werden jedoch getrennt und aufeinanderfolgend durchgeführt und nicht mit einer kombinierten Behandlungslösung; und das gelehrte wasserabweisende Mittel ist eine Zusammensetzung auf Wachsbasis. U.S.-Patent 4,508,568 (Fox) beschreibt ebenfalls eine Behandlung mit Wachs und Quats, die einen hohen Prozentsatz an Tensid benötigt, um das Wachs in Lösung zu halten.
Die Funktion von Quats als Dispergiermittel in einer wasserabweisenden Verbindung zur Beschichtung von Flugzeugwindschutzscheiben ist in Tarr (U.S.-Patent Nr. 5,221,329) offenbart. Schließlich beschreiben Rajadhyaksha et al. (U.S.-Patent Nr. 4,716,060) Amidverbindungen und deuten an, dass sie mit verschiedenen bioziden Zusammensetzungen als Wasserdichtausrüst- und Konservierungsmittel kombiniert werden können.
Mehrere Kombinationen von Quats mit verschiedenen Verbindungen, die als Wasserdichtausrüstmittel wirken können, sind erwogen worden. Insbesondere wurde ein Textilweichmacher offenbart, bei dem es sich um eine Kombination von Aminoxid mit einem C₁₂-C₁₈-Quat handelt. Chemical Abstracts 73:67620c (1970). Eine Haarspülung, die ein Aminoxid mit einer Quatzusammensetzung umfasst, wird in Chemical Abstracts 104:135850p (1986) gelehrt. Eine Kombination eines wasserunlöslichen Quats mit einem Aminoxid, die ein antistatisches Mittel bildet, wird gelehrt. Chemical Abstracts 101:92745b (1984). Eine Herbizidzusammensetzung, die Octadecyldimethylamin und C₈C₁₀N (CH₃)₂Cl umfasst, ist in Chemical Abstracts 117:126452b offenbart, und ein regenbeständiges Fungizid ist in Chemical Abstracts 112:212470 (1990) beschrieben.
Textilbehandlungsmittel, die Quats enthalten, welche keine biozide Wirkung besitzen, sind in Chemical Abstracts 86:44656 (1977) und 107:79448m (1987) offenbart. Die Kombination eines Quats mit Borsäure als Holzbehandlungsmittel ist in Chemical Abstracts 105:99400b (1986) und Chemical Abstracts 105:135813 (1986) offenbart. Chemical Abstracts 107:238052w (1987) lehrt die Verwendung eines Quats in Kombination mit einem anorganischen Salz und einem aus Harnstoff gebildeten Harz zur Her stellung eines Holzbehandlungsmittels. Schließlich ist die Verwendung von DDAC in Detergenzien und in Liposomen zur Arzneimittelfreisetzung in Chemical Abstracts 120:301698x (1993) bzw. Chemical Abstracts 103:3249u (1985) offenbart.
Somit sind die Erfinder die ersten, die eine wirksame Kombination von quaternären Ammoniumverbindungen mit den spezifisch aufgelisteten Nicht-Wachs-Wasserdichtausrüstmitteln zur Verwendung bei der Behandlung von Holz beschreiben, um sowohl physikalische als auch biologische Zersetzung zu verhindern. Diese Chemikalienkombinationen führen zu Behandlungssystemen für Holz, die eine gute anfängliche Widerstandsfähigkeit gegen Zersetzung aufweisen, welche in bedeutendem Maße über eine bis zu 3jährige Witterungsexposition bewahrt wird. Diese Bewahrung ist unerwartet gut und besser als sowohl herkömmliche nichtbiozide wachsbasierte kommerzielle Wasserdichtausrüstmittel als auch die wasserdichtausrüstende Zusammensetzung allein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Abkürzungen werden in allen Figuren verwendet: TWS – Thompson's Water Seal^®, ein kommerzielles, frei verkäufliches, nichtbiozides Material (positiver Referenzwert für Wasserdichtausrüstung); PGHMS – Propylenglycolmonostearat (von Lonza unter dem Handelsnamen Aldo^® PGHMS erhältlich); DDA CO3 – Didecyldimethylammoniumcarbonat (50%ige Lösung in Wasser/Propylenglycol, hergestellt gemäß U.S.-Pat. Nr. 5,438,034, ausgegeben am 1. August 1995, und 5,523,487, ausgegeben am 4. Juni 1996); DDAC – Didecyldimethylammoniumchlorid (80%ige Lösung in Wasser/Ethanol, Bardac^® 2280, Lonza Inc.); DT95 – Ditalgamidoethylpolyoxyethylenmethylammoniummethosulfat (70% aktives Material, Carsosoft^® DT-95); BX 18 – Octadecyldimethylaminoxid (25%ige Paste in Wasser, Barlox^® 18, Lonza Inc.); BX 16 – Hexadecyldimethylaminoxid (30%ige Lösung in Wasser, Barlox^® 16, Lonza Inc.); ODAA – Octadecylacetoacetat (100%ig reiner Feststoff, Lonza AG); Pond. – Gelbkiefer (Ponderosa Pine; Hirnholzscheiben mit ¼ × ¾ × 5''); SYP – Southern Yellow Pine (Hirnholzscheiben mit ¼ × ¾ × 3½'').
1 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 1, welche den zeitlichen Verlauf der Ergebnisse für die Wasserdichtausrüstfähigkeit von Quats und Quats mit PGHMS sowie den TWS-Vergleichswert dokumentiert.
2 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 2, welche den zeitlichen Verlauf der Ergebnisse zeigt, die durch Mischen des Quats mit der Wasserdichtausrüstzusammensetzung erzielt werden.
3 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 3, welche die Funktion von DDAC und DDA CO3 in Kombination mit Wasserdichtausrüstmitteln zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 4, welche die Bewahrung der Wasserdichtausrüstfähigkeiten des kombinierten Systems zur Wasserdichtausrüstung dokumentiert.
5 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 5, welche die Funktion von Carsoquat^® 868 in Kombination mit Quat als System zur Wasserdichtausrüstung zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 6, welche die Funktion von Barlox^® 18 mit DDA CO3 als System zur Wasserdichtausrüstung zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung der Daten aus Tabelle 7, welche einen Vergleich der Funktion von BX18 mit der von BX16 in Kombination mit DDAC bereitstellt.
8 ist eine graphische Darstellung der Daten der Tabelle 8.
9 ist eine graphische Darstellung der Daten der Tabelle 9. Die 8 und 9 sind Ergebnisse, die mit Southern Yellow Pine erzielt wurden, während die 1–7 mit Gelbkiefer erzielte Ergebnisse sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schließt ein wasserdichtausrüstendes Holzschutzmittel ein, das eine die Wasserdichtausrüstung verstärkende Menge einer wasserdichtausrüstenden Zusammensetzung und eine biozid wirkende Menge eines Biozids umfasst, wobei das Wasserdichtausrüstmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Alkyldimethylaminoxid, einem Alkylacetoacetat und einer wasserdichtausrüstenden quaternären Ammoniumverbindung besteht, und das Biozid wenigstens eine biozide quaternäre Ammoniumverbindung umfasst.
Genauer gesagt, schließt die Erfindung ein wasserdichtausrüstendes Holzschutzmittel ein, das umfasst:

(1) ein Wasserdichtausrüstmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus (a) einem Alkylaminoxid der Formel
worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte C₈ bis C₄₀-Alkylgruppe ist, R⁸ und R⁹ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Hydroxyethyl, Hydroxyethoxyethyl und Hydroxyethylpolyethoxyethyl, oder R⁸ und R⁹ zusammen eine cyclische Gruppe bilden, (b) einem Alkylacetoacetat und (c) einer wasserdichtausrüstenden quaternären Ammoniumverbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (i) einem Ditalgamidoethylpolyoxyethylenmethylammoniumethosulfat und (ii) einer Verbindung der Formel
worin R¹ eine C₁₂-C₃₀-Alkylgruppe oder eine C₆-C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist, R² eine C₁₃-C₃₀-Alkylgruppe ist und X ein Halogenid, Carbonat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat ist, und
(2) ein Biozid, umfassend wenigstens eine biozide quaternäre Ammoniumverbindung der Formel
worin R¹¹ eine C₈-C₁₂-Alkylgruppe oder eine C₆-C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist, R¹² eine C₈-C₁₀-Alkylgruppe ist und X ein Halogenid, Carbonat, Borat, Carboxylat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat ist.

Das Wasserdichtausrüstmittel und die bioziden Komponenten werden in einem Verhältnis im Bereich von 0,25:1 bis 2:1, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1:1, gemischt.
Diese Erfindung zieht auch ein Verfahren zur Wasserdichtausrüstung, Konservierung oder Wasserdichtausrüstung und Konservierung eines Holzsubstrats in Betracht, umfassend eine Behandlung des Substrats mit einem wasserdichtausrüstenden Holzschutzmittel wie vorstehend beschreiben. Die beschriebenen Wasserdichtausrüstsysteme zeigen eine verstärkte Beständigkeit gegenüber Auslaugen, so dass die Dauer eines wirksamen Schutzes für das behandelte Holz beträchtlich erhöht wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
I. Wasserdichtausrüstmittel
Ein erster Typ des Wasserdichtausrüstmittels, der für die erfindungsgemäßen Systeme in Betracht gezogen wird, sind Alkylaminoxide. Diese Aminoxide haben die allgemeine Formel
worin der Alkylrest R⁷ 8 bis 40 Kohlenstoffatome enthält und gesättigt oder ungesättigt ist. R⁸ und R⁹ können Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Hydroxyethyl-, Hydroxyethoxyethyl- oder Hydroxyethylpolyethoxyethyl-Reste sein, worin der Sauerstoff durch eine kovalente Koordinationsbindung an Stickstoff gebunden ist. Wenn gewünscht, können R⁸ und R⁹ unter Bildung einer cyclischen Gruppe miteinander verbunden sein. Während alle aufgelisteten Aminoxide Wasserdichtausrüstfunktion besitzen, sind diejenigen mit mehr als 14 Kohlenstoffatomen in ihrer Alkylgruppe besonders wirksam.
Besonders erwähnt werden sollen

(A) Octadecyldimethylaminoxid, worin R⁷ eine C₁₈-Alkylgruppe ist und R⁸ und R⁹ Methylgruppen sind, und
(B) Hexadecyldimethylaminoxid, worin R⁷ eine C₁₆-Alkylgruppe ist und R⁸ und R⁹ Methylgruppen sind.

Ein zweiter Typ eines Wasserdichtausrüstmittels, das für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, umfasst wasserdichtausrüstende quaternäre Ammoniumverbindungen der Formel:
worin R¹ eine C₁₂-C₃₀-Alkylgruppe oder eine C₆-C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist und R² eine C₁₂-C₃₀-Alkylgruppe ist. Vorzugsweise ist in einer wasserdichtausrüstenden quaternären Ammoniumverbindung R¹ eine C₁₂-C₃₀-Alkylgruppe und R² ist eine C₁₂-C₃₀-Alkylgruppe. X kann ein Halogenid sein, einschließlich Chlorid, Bromid, Fluorid, Iodid, oder ein Carbonat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat, wie in den U.S.-Patenten Nr. 5,399,762 oder 5,559,155 offenbart.
Somit ist die Gesamtanzahl an Kohlenstoffatomen R¹ + R² ≥ 24. Stärker bevorzugt ist R¹ eine C₁₂-C₁₈-Alkylgruppe, und R² ist eine C₁₂-C₁₈-Alkylgruppe. Zwei bevorzugte wasserdichtausrüstende quaternäre Ammoniumverbindungen sind Di(C₁₂ bis C₁₈-alkyl)dimethylammoniumchlorid und Ditalgamidoethyl-polyoxyethylenmethylammoniummethosulfat. Ein letzter Typ des Wasserdichtausrüstmittels, der für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, umfasst Alkylacetoacetate der Formel:
worin R¹⁰ eine Alkylgruppe mit 8 bis 40 Kohlenstoffatomen, jedoch vorzugsweise 12 bis 20 Kohlenstoffatomen ist und gesättigt oder ungesättigt ist. R¹⁰ ist bei einem bevorzugten Alkylacetoacetat C₁₈.
Speziell erwähnt werden soll das von Lonza AG erhältliche Octadecylacetoacetat.
Ebenfalls von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden Kombinationen von beliebigen der Vorstehenden miteinander, mit Estern oder mit kleinen Mengen niedermolekularer Polyolefine oder anderer Wachse oder Harze.
Diese Wasserdichtausrüstmittel behindern die Wanderung der Quatmoleküle aus einem Substrat unter feuchten Bedingungen. Außerdem verdrängt das Wasserdichtausrüstmittel Wasser oder verhindert sein Vorhandensein, wenn Oberflächenkorrosionsprobleme mit den Wasserhalteeigenschaften des Quats zusammenhängen.
II. Biozide
Quaternäre Ammoniumverbindungen werden für die Verwendung als Biozid in den erfindungsgemäßen Behandlungssystemen speziell in Betracht gezogen.
Biozide quaternäre Ammoniumverbindungen haben die Formel:
worin R¹¹ eine C₈-C₁₂-Alkylgruppe oder eine C₆-C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist und R¹² eine C₈-C₁₀-Alkylgruppe ist. X kann ein Halogenid, einschließlich Chlorid, Bromid, Fluorid, Iodid, oder ein Carbonat, Borat, Carboxylat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat sein, wie in den U.S.-Patenten Nr. 5,399,762 oder 5,559,155 offenbart. Ein Beispiel ist Didecyldimethylammoniumchlorid. Ein weiteres Beispiel ist Didecyldimethylammoniumcarbonat.
Besonders erwähnt werden sollen Quats, worin R¹¹ eine C₈-Alkyl-, C₉-Isoalkyl-, C₁₀-Alkyl-, C₁₂-Alkyl- oder Benzylgruppe ist und R¹² eine C₁₀-Alkylgruppe ist. Ein bevorzugtes Chloridquat ist Didecyldimethylammoniumchlorid, worin R¹¹ und R¹² eine n-C₁₀-Gruppe sind. Dieses Quat kann nützlicherweise in Form einer 80%igen Wasser/Ethanol-Lösung (Bardac^® 2280; Lonza Inc.) angewendet werden.
Geeignete Carbonatquats haben die vorstehend gezeigte Formel, worin R¹¹ eine C₈-Alkyl-, C₉-Isoalkyl-, C₁₀-Alkyl-, C₁₂-Alkyl- oder Benzylgruppe ist und R¹² eine C₁₀-Alkylgruppe ist.
Ein bevorzugtes Carbonatquat ist Didecyldimethylammoniumcarbonat, worin R¹¹ und R¹² eine n-C₁₀-Alkylgruppe sind. Didecyldimethylammoniumcarbonat, als 70-80 Gew.-%ige Lösung, ist eine gelb/orangefarbene Flüssigkeit, die einen leicht fruchtigen Geruch besitzt. Diese Formulierung hat einen Flammpunkt von etwa 160 °F und reagiert mit carboxylhaltigen Verbindungen. Dieses Carbonatquat wird durch das in den U.S.-Patenten Nr. 5,523,487 und 5,438,034 offenbarte Verfahren hergestellt.
Eines oder mehrere der Carbonatquats allein oder in Kombination mit dem entsprechenden Chloridquat können in den erfindungsgemäßen Konservierungssystemen zur Wasserdichtausrüstung von Holz formuliert werden.
Die zwei hauptsächlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Wasserdichtausrüst- und Konservierungssystems, das Wasserdichtausrüstmittel und das Biozid, sollten in Mengen kombiniert werden, welche es dem Wasserdichtausrüstmittel ermöglichen, die Wasserexposition des behandelten Holzes zu verhindern, und es dem Biozid ermöglichen, gegen biologischen Angriff, wie Pilzwachstum, zu wirken. Es wurde gefunden, dass gewöhnlich ein Verhältnis des Wasserdichtausrüstmittels zum Biozid von 1:1 wirksam ist, wobei angenommen wird, dass ein Bereich von 0,25 1 bis 1:0,25 in einem funktionsfähigen Bereich liegt. Die für wirksam befundene Konzentration an Wasserdichtausrüstmittel beträgt 0,25–4 Gew.-%, insbesondere 0,5–2 Gew.-%. Die als wirksam befundene Konzentration an Biozid beträgt 0,25–4 Gew.-%, insbesondere 0,5–2 Gew.-%.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Alle Angaben in Teilen und Prozenten sind auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anders angegeben.
Behandlungslösungen wurden durch Mischen des entsprechenden Gewichts des Wasserdichtausrüstmittels und der quaternären Ammoniumverbindung, Erwärmen auf einem heißen Wasserbad zum Schmelzen/Lösen der Komponenten ineinander und anschließendes Verdünnen mit warmem (40–50 °C) Wasser unter gutem Rühren hergestellt.
Holzbehandlung
Das behandelte Holz waren entweder Hirnholzscheiben von Gelbkiefer (Ponderosa Pine) oder von Southern Yellow Pine (SYP). Die Abmessungen der Gelbkiefer-Stücke sind 5'' × 0,75'' × 0,25'' und die von SYP 3,5'' × 0,75'' × 0,25''. Die Proben wurden vor der Behandlung bei Umgebungsbedingungen äquilibriert und gewogen. Die Proben wurden dann in einen Vakuumexsikkator eingebracht, der mit einem Zugabetrichter ausgerüstet war und 15 Minuten auf einen Druck (Vakuum) von 0,1 Atmosphären evakuiert wurde. Die Behandlungslösung wurde zu der Probe hinzugegeben und der Druck im Exsikkator auf Atmosphärendruck erhöht. Man ließ die Proben fünf Minuten in der Lösung verbleiben, dann wurden sie entnommen, abgetupft, und man ließ sie an der Luft bis zur Gewichtskonstanz trocknen. Das TWS Vergleichsmaterial, das in Lösungsbenzin erhältlich ist, wurde durch ein einfaches einminütiges Tränkverfahren auf die Proben aufgebracht.
Die Tränkexperimente erfolgten mittels Eintauchen gewogener Proben in entmineralisiertes Wasser für 30 Minuten. Die Proben wurden entnommen, oberflächliches Wasser wurde abgetupft, und die Proben wurden gewogen, und die Gewichtsprozente an absorbiertem Wasser wurden für jede Probe berechnet.
Nach dem Quellungsexperiment wurden die Proben luftgetrocknet und dann auf einem flachen Stück Sperrholz für die Bewitterung ins Freie gebracht. Die Proben wurden in regelmäßigen Zeitabständen zurück ins Labor gebracht, bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und erneut 30 Minuten getränkt, und die Wasseraufnahme wurde bestimmt. Die Wasseraufnahme bei der letzten verfügbaren Messung ist in den Tabellen angegeben. Die Daten sind in mehreren Tabellen dargestellt. Weil Holz unterschiedlich ausfallen kann, wurde darauf geachtet, dass in jeder Tabellengruppierung nur zusammenpassende Probestücke verwendet wurden.
Berechnung der Wasserdichtausrüstung
Die Fähigkeit zur Wasserdichtausrüstung wird anhand der Wassermenge, die von einem Holzprobestück nach Eintauchen für einen gegebenen Zeitraum in Wasser absorbiert wird, beurteilt. Wasserdichtausrüst-Kennzahlen (WR-Index) wurden durch Vergleich einer behandelten Probe mit einer entsprechenden unbehandelten Kontrollprobe unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
Jede positive Kennzahl bedeutet einen Grad der Wasserdichtausrüstung für die Zusammensetzung. Höhere Zahlen sind besser als niedrige Zahlen. Eine Formulierung, welche die Wasserabsorption völlig verhindert, hätte eine Bewertung von 100. Für bestimmte Sägeholzanwendungen ist ein Index von 60 erforderlich. Jede positive Zahl deutet auf einen gewissen Grad der Wasserdichtausrüstung, wobei höhere Zahlen die besten Materialien kennzeichnen. Kennzahlen von 60 oder höher kennzeichnen besonders gute Wasserdichtausrüstmittel. Nach diesem Kriterium sind alle identifizierten Materialien gute Wasserdichtausrüstmittel. Die Wasserdichtausrüsteigenschaften werden sowohl mit einem nichtbioziden Wasserdichtausrüstmittel, Thompson's Waterseal^®, das in Lösungsbenzin im Freiverkauf erhältlich ist, und einer Quatkombination mit PGHMS, die Gegenstand der U.S.-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 08/74,314 ist, verglichen.
Ergebnisse der Versuche
Die Daten sind in neun Tabellen und Figuren gesammelt. Für jede Tabelle geben die Spalten den Namen des Wasserdichtausrüstmittels (WR), den Namen des Biozids oder Quats (B), die Menge jeder Komponente in Prozent, die Wasseraufnahme anfänglich behandelter Proben nach 30minütigem Tränken, die berechnete Wasserdichtausrüstkennzahl (WR-Index) und die prozentuale Aufnahme nach Bewitterung für einen gegebenen Zeitraum. Abbildungen, die den Daten in den Tabellen entsprechen und die prozentuale Wasseraufnahme (für dreißigminütiges Tränken) als Funktion der Anzahl der Bewitterungstage zeigen, sind ebenfalls beigefügt (siehe 1–9).
Für jede Reihe von Proben (durch eine gegebene Tabelle dargestellt) wurde ein zusammenpassender Satz von Hirnholzproben verwendet. Die Kontrollprobe in jeder Reihe wird als Grundlage für die Berechnungen der Versuchsergebnisse in dieser Reihe verwendet.
Allgemein zeigen die Ergebnisse, dass Verbindungen aus dem Stand der Technik, wie TWS, zwar anfänglich genauso wirksam sind wie die Kombinationen dieser Anmeldung, dass aber nur diejenigen Holzkonservierungssysteme, die hier gelehrt werden, über lange Bewitterungszeiträume wirksam sind. Somit zeigen, wie aus den nachstehenden Tabellen ersichtlich ist, TWS, DT95, PGHMS und BX18 mit DDA CO3 zu den frühen Messzeitpunkten allesamt ähnliche Wasserdichtausrüsteigenschaften, aber nach drei Jahren haben mit TWS oder PGHMS + DDA CO3 behandelte Hölzer ähnliche Eigenschaftsprofile wie die unbehandelte Kontrolle, wohingegen die hier offenbarten neuen Kombinationen nach drei Jahren eine gute Leistung zeigten.
Tabelle I
Diese Daten zeigen, dass Quats allein keine guten Wasserdichtausrüstmittel sind, und jegliche Wirkung, die sie aufweisen, mit der Zeit schnell verloren geht. Ferner trägt die Kombination von PGHMS und DDA CO3 anfänglich dazu bei, die Wasserdichtausrüstfunktion beizubehalten.
Tabelle II
Diese Daten zeigen, dass sowohl BX18 als auch DT95 in Kombination mit dem Quat wirksam sind und eine signifikante Beibehaltung der Wasserdichtausrüstqualitäten mit der Zeit aufweisen. Überraschenderweise behalten die Systeme, die DDA CO3 mit BX18 oder DT95 kombinieren, die Fähigkeit zur Wasserdichtausrüstung deutlich länger als TWS oder PGHMS in Kombination mit DDA CO3.
Tabelle III
Diese Daten zeigen, dass insbesondere nach langen Bewitterungszeiten sowohl DDAC als auch DDR CO3 in Kombination mit DT95 wirksam sind.
Tabelle IV
Diese Daten zeigen, dass ein 1:1-Verhältnis von Wasserdichtausrüstmittel zu Biozid wirksam ist.
Tabelle V
Diese Daten zeigen, dass 868 ein wirksames Wasserdichtausrüstmittel in Kombination mit DDAC ist und ausgezeichnete Beibehaltung der Eigenschaften mit der Zeit zeigt.
Tabelle VI
Diese Daten zeigen, dass BX18 über den gezeigten Bereich von WR:B-Verhältnissen ein wirksames Wasserdichtausrüstmittel ist.
Tabelle VII
Diese Daten zeigen, dass sowohl die C₁₆- als auch die C₁₈-Verbindung wirksam ist.
Tabelle VIII
Diese Daten zeigen, dass gute Ergebnisse mit BX18 sowohl auf Southern Yellow Pine als auch auf Gelbkiefer erzielt werden können. Wiederum verdeutlichen die Daten in Tabelle VIII die Langzeitwirkung des erfindungsgemäßen Wasserdichtausrüstsystems.
Tabelle IX
Diese Daten zeigen, dass auch ODAA zusammen mit DDAC auf Southern Yellow Pine wirksam ist.

Claims

Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz, das umfasst (1) ein Wasserdichtausrüstmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus (a) einem Alkylaminoxid der Formel
worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte C₈ bis C₄₀-Alkylgruppe ist, R⁸ und R⁹ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, welche besteht aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Hydroxyethyl, Hydroxyethoxyethyl und Hydroxyethylpolyethoxyethyl, oder R⁸ und R⁹ zusammen eine cyclische Gruppe bilden, (b) einem Alkylacetoacetat und (c) einer wasserdichtausrüstenden quaternären Ammoniumverbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus (i) einem Ditalgamidoethylpolyoxyethylenmethylammoniummethosulfat und (ii) einer Verbindung der Formel
worin R₁ eine C₁₂ bis C₃₀-Alkylgruppe oder eine C₆ bis C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist, R² eine C₁₂ bis C₃₀-Alkylgruppe ist und X ein Halogenid, Carbonat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat ist, und (2) ein Biozid, umfassend wenigstens eine biozide quaternäre Ammoniumverbindung der Formel
worin R¹¹ eine C₈- bis C₁₂-Alkylgruppe oder eine C₆ bis C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist, R¹² eine C₈ bis C₁₀-Alkylgruppe ist und X ein Halogenid, Carbonat, Borat, Carboxylat, Methosulfat, Ethosulfat, Acetat, Propionat, Hydroxid oder Ethylhexanoat ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin das Wasserdichtausrüstmittel das Alkylaminoxid der Formel
umfasst, worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte C₈ bis C₄₀-Alkylgruppe ist, R⁸ und R⁹ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, welche besteht aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Hydroxyethyl, Hydroxyethoxyethyl und Hydroxyethylpolyethoxyethyl, oder R⁸ und R⁹ zusammen eine cyclische Gruppe bilden.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 2, worin R⁷ für C₁₆ steht und R⁸ und R⁹ Methyl sind.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin das Alkylacetoacetat die folgende Formel hat
worin R¹⁰ eine gesättigte oder ungesättigte C₈ bis C₄₀-Alkylgruppe ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 4, worin R¹⁰ für C₁₈ steht.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin die wasserdichtausrüstende quaternäre Ammoniumverbindung eine Di(C₁₂ bis C₁₈-alkyl)dimethylammoniumverbindung ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 6, worin die wasserdichtausrüstende quaternäre Ammoniumverbindung Di(C₁₂ bis C₁₈-alkyl)dimethylammoniumchlorid ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin die wasserdichtausrüstende quaternäre Ammoniumverbindung Ditalgamidoethylpolyoxyethylenmethylammoniummethosulfat ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin die biozide quaternäre Ammoniumverbindung ein quaternäres Ammoniumchlorid der folgenden Formel ist
worin R¹¹ eine C₈ bis C₁₂-Alkylgruppe oder eine C₆ bis C₂₀-arylsubstituierte Alkylgruppe ist und R¹² eine C₈ bis C₁₀-Alkylgruppe ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, worin die biozide quaternäre Ammoniumverbindung ein quaternäres Ammoniumcarbonat der folgenden Formel ist
worin R eine C₈ bis C₁₂-Alkylgruppe oder eine C₆ bis C₁₂-arylsubstituierte Alkylgruppe ist und R¹² eine C₈ bis C₁₀-Alkylgruppe ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 10, worin die biocide quaternäre Ammoniumverbindung ein guaternäres Ammoniumcarbonat der folgenden Formel ist
worin R¹¹ eine n-C₁₀-Alkylgruppe ist und R¹² eine n-C₁₀-Alkylgruppe ist.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 10, worin R¹¹ und R¹² jeweils für Decyl stehen.
Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach Anspruch 1, umfassend etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-Teile einer bioziden quaternären Ammoniumverbindung, etwa 0,25 bis etwa 4 Gew.-Teile einer wasserdichtausrüstenden quaternären Ammoniumverbindung und etwa 92 bis etwa 99,5 Gew.-Teile eines Lösemittels, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Kombination aus den bioziden und wasserdichtausrüstenden Verbindungen und dem Lösemittel.
Verfahren zur Konservierung eines Holzsubstrats, umfassend eine Behandlung des Substrats mit dem Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zur Wasserdichtausrüstung und Konservierung eines Holzsubstrats, umfassend eine Behandlung des Substrats mit dem Konservierungssystem zur Wasserdichtausrüstung von Holz nach einem der Ansprüche 1 bis 13.