DE102012103372A1 - Use of amino-functional polyorganosiloxanes as wood preservatives - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft funktionalisierte Polyorganosiloxane zur Behandlung von lignocellulosischen Werkstoffen.The present invention relates to functionalized polyorganosiloxanes for the treatment of lignocellulosic materials.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft funktionalisierte Polyorganosiloxane zur Behandlung von lignocellulosischen Werkstoffen, die geeignet sind, Holz und andere Stoffe auf Basis von Cellulose und/oder Lignin haltbar zu machen, und insbesondere gegen Witterungseinflüsse, Mikroorganismen, Insekten und Pilze zu schützen. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäßen verwendeten Polyorganosiloxane die Wasseraufnahme lignocellulosischer Werkstoffe, insbesondere Holz verringert, das Schrumpfverhalten lignocellulosischer Werkstoffe, insbesondere Holz verbessert. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen verwendeten Polyorganosiloxane wird darüber hinaus eine insektizide Ausstattung erzielt, die den Einsatz von herkömmlichen Insektiziden entbehrlich macht.The present invention relates to functionalized polyorganosiloxanes for the treatment of lignocellulosic materials, which are suitable to make wood and other substances based on cellulose and / or lignin preserved, and in particular to protect against weathering, microorganisms, insects and fungi. Furthermore, the water absorption of lignocellulosic materials, in particular wood, reduces the shrinkage behavior of lignocellulosic materials, in particular wood, by means of the polyorganosiloxanes used according to the invention. By using the polyorganosiloxanes according to the invention, moreover, an insecticidal composition is achieved which renders the use of conventional insecticides dispensable.
Es ist bekannt, die Beständigkeit von Holz gegen Witterungseinflüsse durch einen Überzug von Lacken und Farben zu erhöhen. Dimensionsveränderungen des Holzes, beispielsweise aufgrund von Quellen und Schwinden aufgrund von Wasseraufnahme bzw. -abgabe, die durch äussere Feuchtigkeitsschwankungen verursacht sind, führen jedoch zum Abplatzen von derartigen Lacken.It is known to increase the resistance of wood to the weather by a coating of paints and colors. Dimensional changes of the wood, for example due to swelling and shrinkage due to water absorption, caused by external moisture fluctuations, however, lead to the flaking of such paints.
Es ist auch bekannt, das optische Erscheinungsbild und die Beständigkeit von Holz gegen schädigende Mikroorganismen, beispielsweise verblauende Pilze bzw. Weissfäule, Braunfäule und Moderfäule durch Imprägnierung mit einer Mischung aus Arsen, ionischem Kupfer und Chrom VI zu schützen.It is also known to protect the visual appearance and the resistance of wood against harmful microorganisms, such as fungal fungus or white rot, brown rot and soft rot by impregnation with a mixture of arsenic, ionic copper and chromium VI.
An diesem Holzschutzmittel ist nachteilig, dass zumindest Chrom und Arsen gesundheits- und umweltschädlich sind. Auch Kupferkomplexe und Borverbindungen werden inzwischen als aus denselben Aspekten kritisch gesehen.At this wood preservative is disadvantageous that at least chromium and arsenic are harmful to health and the environment. Also, copper complexes and boron compounds are now considered critical from the same aspects.
Weiterhin sind wasserlösliche Holzschutzmittel bekannt, die eine quartäre Ammonium-Verbindung, wie beispielsweise Benzalkoniumchlorid enthalten. An diesen Holzschutzmitteln ist nachteilig, dass sie aufgrund ihrer sofortigen Bindung an Holz nur in den oberen Holzschichten abgelagert werden.Furthermore, water-soluble wood preservatives are known which contain a quaternary ammonium compound, such as benzalkonium chloride. On these wood preservatives is disadvantageous that they are deposited due to their immediate binding to wood only in the upper layers of wood.
Weitere biozide Wirkstoffe sind 3-Jod-2-propinyl-butylcarbamat (IPBC) oder Triazole (Propiconazol, Tebuconazol).Other biocidal active ingredients are 3-iodo-2-propynyl-butylcarbamate (IPBC) or triazoles (propiconazole, tebuconazole).
Die bekannten organischen Holzschutzmittel werden für die Gebrauchsklassen 1, 2 und 3 nach
Zur Verminderung der Wasseraufnahme von Holz wurden im Wesentlichen Verbindungen auf Basis von Ölen, Fetten und Wachsen (Paraffine, Silikone wie Polydimethylsiloxanöle) verwendet.In order to reduce the water absorption of wood, compounds based on oils, fats and waxes (paraffins, silicones such as polydimethylsiloxane oils) were mainly used.
Bekannte Holzschutzmittel, die zur Hydrophobierung eingesetzt werden und einen Gehalt an Siliziumverbindungen aufweisen, sind ebenfalls bekannt. So beschreibt die
Die
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Nachteil all der vorgenannten Vorschläge ist, daß ein beständiger Schutz von Holz in der Praxis bisher nur durch eine zweistufige Behandlung des Holzes erreicht werden. So wird beim sogenannten Royal-Verfahren das Holz zunächst in einem ersten Schritt mit einem organischen Kupfersalz (Cu-HDO) oder einem anorganischen Kupfersalz getränkt, und anschließend wird als zweiter Schritt eine Tränkung in Öl durchgeführt, um die Auswaschung des bioziden Kupfers zu verhindern.Disadvantage of all the above suggestions is that a lasting protection of wood in practice have so far been achieved only by a two-stage treatment of the wood. Thus, in the so-called Royal method, the wood is first soaked in a first step with an organic copper salt (Cu-HDO) or an inorganic copper salt, and then an impregnation in oil is carried out as a second step to prevent the leaching of the biocidal copper.
Siloxane mit hydrolysierbaren Gruppen neigen nach Kontakt mit Wasser und Säuren bzw. Basen zur Kondensation, wobei Löslichkeit, Emulgierbarkeit und verminderten Penetration des Holzes. Die Imprägnierung mit den in
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem einstufigen, praxistauglichen Verfahren Holz dauerhafter zu imprägnieren, und dabei die Neigung des Holzes zur Wasseraufnahme weiter zu verringern, die Dimensionsstabilität bei Änderung des Feuchtegehalts der Umgebung zu verbessern und den Abbau des Holzes durch Pilze, Bakterien und Insekten, wie holzzerstörende Insekten, beispielsweise Termiten, Hausbockkäfer, gewöhnliche Nagekäfer, Splintholzkäfer wirksam zu verringern. Gleichzeitig soll die Vergilbung und Vergrauung des Holzes durch Licht- und Wettereinwirkuung unterdrückt werden.It is therefore an object of the present invention, in a one-step, practical process to impregnate wood durable, thereby further reducing the tendency of the wood to absorb water, improve the dimensional stability of the change in moisture content of the environment and the degradation of the wood by fungi, bacteria and to effectively reduce insects such as wood destroying insects such as termites, domestic hive beetles, common weevils, sapwood beetles. At the same time, the yellowing and graying of the wood is to be suppressed by the effects of light and weather.
Die vorliegende Erfindung betrifft Polyorganosiloxane zur Behandlung von lignocellulosischen Werkstoffen, wie insbesondere Holz und andere lignocellulosische Werkstoffe zur Erhöhung von deren Widerstandsfähigkeit, beispielsweise gegenüber mikrobiellem bzw. durch Pilze verursachten Abbau und/oder Witterungseinflüssen, wie beispielsweise Sonnenlicht (UV-Strahlung), Regen und andere Dimensionsschwankungen der Luftfeuchtigkeit. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane dienen zur Verwendung als Schutzmittel für lignocellulosische Werkstoffe gegenüber Witterungseinflüssen Pilzen, Mikroben und Insekten. Des weiteren führt die Anwendung der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane zur Verbesserung der Eigenschaften wie Schwind- und Quellverhalten von Holz oder lignocellulosischen Materialien durch Behandlung der lignocellulosischen Werkstoffe mit ihnen. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf lignocellulosische Werkstoffe, wie insbesondere Holz, das mit den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen behandelt wurden.The present invention relates to polyorganosiloxanes for the treatment of lignocellulosic materials, such as in particular wood and other lignocellulosic materials to increase their resistance, for example, against microbial or caused by fungi degradation and / or weathering effects, such as sunlight (UV radiation), rain and others Dimensional variations of humidity. The polyorganosiloxanes used according to the invention serve for use as protective agents for lignocellulosic materials against the effects of the weather, fungi, microbes and insects. Furthermore, the use of the polyorganosiloxanes according to the invention for improving the properties such as shrinkage and swelling behavior of wood or lignocellulosic materials by treating the lignocellulosic materials with them. In a further aspect, the present invention relates to lignocellulosic materials, in particular wood, which have been treated with the polyorganosiloxanes used according to the invention.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane können insbesondere zur Behandlung lignocellulosischer Werkstoffe wie Holz und Holzwerkstoffe, Spanplatten, mitteldichte Faserplatten, Oriented Strand-Boards (OSB), Papier, Kartonagen, Dämmplatten auf Lignocellulosebasis, Sperrholz, Furniere und Verpackungsmaterial mit einem Gehalt an biologisch abbaubaren Verbindungen (nachfolgend zusammenfassend als „lignocellulosische Werkstoffe” bezeichnet) verwendet werden. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane weisen weiterhin eine hohe Beständigkeit gegen Auswaschen nach der Imprägnierung auf. Als weiteren Vorteil ermöglichen die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane die Aufbringung, wie z. B. durch Imprägnierung, in einem einzigen Prozessschritt. Überraschenderweise gelingt die gewünschte Verbesserung mit amino- und/oder ammoniumfunktionellen Resten an sehr kurzkettigen Polyorganosiloxanen.The polyorganosiloxanes used according to the invention can be used in particular for the treatment of lignocellulosic materials such as wood and wood-based materials, chipboard, medium-density fiberboard, Oriented Strand boards (OSB), paper, cardboard, lignocellulose-based insulation boards, plywood, veneers and packaging material containing biodegradable compounds (hereafter collectively referred to as "lignocellulosic materials"). The polyorganosiloxanes used according to the invention furthermore have a high resistance to washing out after the impregnation. As a further advantage, the polyorganosiloxanes used in the invention allow the application, such. B. by impregnation, in a single process step. Surprisingly, the desired improvement is achieved with amino- and / or ammonium-functional radicals on very short-chain polyorganosiloxanes.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit Polyorganosiloxane zur Behandlung von lignocellulosischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyorganosiloxane geradkettige, verzweigte oder cyclische Polyorganosiloxane sind, die im Zahlenmittel aus 2 bis 16 Siloxy-Einheiten aufgebaut sind, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: worin R1 organische Reste darstellt, die gleich oder verschieden voneinander sein können, oder zwei Reste R1 gemeinsam mit den Siliziumatomen, an die sie gebunden sind, einen verbrückenden Rest
Der Rest R ist bevorzugt der unten definierte Rest QF.The radical R is preferably the radical Q F defined below.
Die erfindungsgemäßen Polyorganosiloxane sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 ausgewählt werden aus der Gruppe der Reste RF und RN, wobei es sich bei den Resten RF um solche Reste R1 handelt, die die genannten funktionellen Gruppen F aufweisen und bei den Resten RN um Reste R1 handelt, die die genannten funktionellen Gruppen F nicht aufweisen.The polyorganosiloxanes according to the invention are in particular characterized in that the radicals R 1 are selected from the group of the radicals R F and R N , where the radicals R F are those radicals R 1 which have the said functional groups F and at the radicals R N are radicals R 1 which do not have the said functional groups F.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt in den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen der molare Anteil der Reste RF, die mindestens eine funktionelle Gruppe F enthalten, von 10 bis 100 mol-% bezogen auf die Anzahl der Siloxyeinheiten. Bevorzugter beträgt dieser Anteil 15 bis 100%, noch bevorzugter 20 bis 100%, noch bevorzugter 30 bis 100% und ganz besonders bevorzugt 50 bis 100 mol-%.In a preferred embodiment of the invention, in the polyorganosiloxanes used according to the invention, the molar fraction of the radicals R F which contain at least one functional group F is from 10 to 100 mol%, based on the number of siloxy units. More preferably, this proportion is 15 to 100%, more preferably 20 to 100%, even more preferably 30 to 100%, and most preferably 50 to 100% by mole.
In den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen beträgt der molare Anteil der verzweigenden Reste T und Q zweckmäßig 0 bis 50 mol-%, bevorzugt 0 bis 20%, bevorzugter 0 bis 10%, speziell 0 bis 5%, ganz speziell 0 mol-%, bezogen auf die Gesamtzahl der Siloxyeinheiten.In the polyorganosiloxanes used in the invention, the molar fraction of branching radicals T and Q is suitably 0 to 50 mol%, preferably 0 to 20%, more preferably 0 to 10%, especially 0 to 5%, especially 0 mol%, based on the total number of siloxy units.
In den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen beträgt das Zahlenmittel der Siloxyeinheiten (Anzahl der Siliziumatome) 2 bis 16. Das Zahlenmittel der Siloxyeinheiten in den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen wird beispielsweise durch Gelpermeationschromatographie (GPC) nach entsprechender Eichung vorzugsweise mit Polystyrol als Standard bestimmt. Bevorzugt beträgt das Zahlenmittel der Siloxyeinheiten 6 bis 14. Es liegt im Rahmen der Erfindung Mischungen der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane zu verwenden. Bei Verwendung von Mischungen von Polyorganosiloxanen entstehen bi-, tri- und höhermodale Verteilungen des Molgewichtes. In diesem Fall sind binäre Mischungen mit bimodaler Verteilung bevorzugt. Eine weitere Ausführungsform ist dabei die Verwendung von Mischungen der erfindungsgemäßen kurzkettigen Polyorganosiloxanen mit im Mittel 2 bis 16 Siloxyeinheiten und längerkettigen Polyorganosiloxanen mit 17 bis 50 Siloxyeinheiten. Die Verwendung derartiger Mischungen hat den Vorteil, dass in den lignocellulosischen Werkstoffen unterschiedliche Wirkorte bedient werden. So finden sich die längerkettigen Polyorganosiloxane bevorzugt in den Zellzwischenräumen (Lumen) wohingegen die kürzerkettigen Polyorganosiloxane sich stärker in den Zellen bzw. Zellwänden anreichern. Dadurch wird insgesamt eine höhere Wirkstoffdurchdringung und -konzentration und mithin eine verbesserte Wirkung erzielt.In the polyorganosiloxanes used in the present invention, the number average of the siloxy units (number of silicon atoms) is 2 to 16. The number average siloxy units in the polyorganosiloxanes used in the present invention is preferably determined by gel permeation chromatography (GPC) after appropriate calibration with polystyrene as the standard. The number average of the siloxy units is preferably from 6 to 14. It is within the scope of the invention to use mixtures of the polyorganosiloxanes used according to the invention. When mixtures of polyorganosiloxanes are used, bi-, tri- and higher modal distributions of the molecular weight are produced. In this case, binary mixtures with bimodal distribution are preferred. A further embodiment is the use of mixtures of the short-chain polyorganosiloxanes according to the invention with an average of 2 to 16 siloxy units and longer-chain polyorganosiloxanes having 17 to 50 siloxy units. The use of such mixtures has the advantage that in the lignocellulosic materials different sites of action are served. Thus, the longer-chain polyorganosiloxanes are preferably found in the intercellular spaces (lumens), whereas the shorter-chain polyorganosiloxanes accumulate more strongly in the cells or cell walls. As a result, a higher active ingredient permeation and concentration and thus an improved effect is achieved overall.
Die funktionellen Gruppen F, welche die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane tragen, dienen einerseits der Verbesserung der Löslichkeit der Polyorganosiloxane in der bevorzugt wässrigen Darreichungsform, andererseits der Verankerung der Polyorganosiloxane in den lignocellulosischen Werkstoffen, insbesondere in den Zellen und Zellwänden der genannte Werkstoffe insbesondere zur Erhöhung der Dimensionsstabilität der Werkstoffe bzw. des Schrumpfverhaltens in Gegenwart quellender Lösemittel insbesondere Feuchtigkeit. Unter diesen Gesichtspunkten erweisen sich bei den erfindungsgemäßen Polyorganosiloxanen funktionelle Gruppen F als besonders geeignet, die aus Amino- und/oder Ammoniumgruppen ausgewählt werden, insbesondere solchen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus primären, sekundären, tertiären Amino- oder Ammoniumgruppen und quaternären Ammoniumgruppen.The functional groups F which carry the polyorganosiloxanes used according to the invention serve, on the one hand, to improve the solubility of the polyorganosiloxanes in the preferably aqueous dosage form, and, on the other hand, to anchor the polyorganosiloxanes in the lignocellulosic materials, in particular in the cells and cell walls of said materials, in particular to increase the dimensional stability the materials or the shrinkage behavior in the presence of swelling solvents, in particular moisture. From these points of view, functional groups F selected from amino and / or ammonium groups, in particular those selected from the group consisting of primary, secondary, tertiary amino or ammonium groups and proved to be particularly suitable in the polyorganosiloxanes according to the invention quaternary ammonium groups.
Besonders bevorzugt enthalten die Reste RF Amino- oder Ammoniumgruppen aus der Gruppe, die besteht aus:
-N(R2)2, worin R2 wie vorstehend definiert ist,
-N+(R2)3, worin R2 wie vorstehend definiert ist, worin R2 wie vorstehend definiert ist, worin R2 wie nachstehend definiert ist, und bevorzugt Wasserstoff, einen einwertigen, geradkettigen, cyclischen oder verzweigten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 30 Kohlenstoffatomen darstellt, der gegebenenfalls eine oder mehrere Gruppen ausgewählt aus -O-, -S-, -C(O)- und -C(S)- enthalten kann, und der gegebenenfalls durch eine oder mehrere Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einer Hydroxylgruppe, einer gegebenenfalls substituierten, bevorzugt ein oder mehrere Stickstoffatome enthaltenden heterocyclischen Gruppe, Amino, Alkylamino, Dialkylamino, Ammonium, Polyetherresten und Polyetheresterresten substituiert sein kann, bevorzugt ein einwertiger, geradkettiger oder verzweigter, gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 30 Kohlenstoffatomen darstellt, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und deren Isomere, wobei wenn mehrere Gruppen -NR2 vorliegen, diese gleich oder verschieden sein können. Particularly preferably, the radicals R F contain amino or ammonium groups from the group consisting of:
-N (R 2 ) 2 , wherein R 2 is as defined above,
-N + (R 2 ) 3 , wherein R 2 is as defined above, wherein R 2 is as defined above, wherein R 2 is as defined below, and is preferably hydrogen, a monovalent, straight-chain, cyclic or branched, saturated, unsaturated or aromatic hydrocarbon radical having up to 30 carbon atoms, optionally containing one or more groups selected from -O-, -S-, -C (O) - and -C (S) -, and optionally by one or more substituents selected from the group consisting of a hydroxyl group, an optionally substituted, preferably one or more nitrogen atoms-containing heterocyclic group, amino , Alkylamino, dialkylamino, ammonium, polyether radicals and polyetherester radicals, preferably represents a monovalent, straight-chain or branched, saturated hydrocarbon radical having up to 30 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl and isomers thereof, wherein if several Group NR 2 are present, these may be the same or different.
Besonders bevorzugt werden die Reste RF in den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus:
-CH2CH2CH2O-CH2CH(OH)CH2NH2
-R3-NHCH2CH2NH2
-R3-NHCH2CH2CH2NH2
-R3-NHCH2CH(CH3)NH2
-R3-NHCH(CH3)CH2NH2
-CH2CH2CH2NHCH2CH2NH2
-CH2CH2CH2O-CH2CH(OH)CH2NHCH2CH2NH2 worin R2 jeweils wie vorstehend oder nachstehend definiert ist, und R3 ein zweiwertiger, geradkettiger, verzweigter, cyclischer, aliphatischer, ungesättigter oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 30 Kohlenstoffatome ist, der eine oder mehrere Gruppen ausgewählt aus -O-, -NH-, -C(O)- und -C(S)-, bevorzugt ausgewählt aus -O-, -C(O)- und -C(S)- enthalten kann, und gegebenenfalls durch Hydroxy substituiert sein kann,
und wobei die Amino- oder Ammoniumgruppen gegebenenfalls auch protoniert vorliegen können.Particularly preferably, the radicals R F in the polyorganosiloxanes used according to the invention are selected from the group consisting of:
-CH 2 CH 2 CH 2 O-CH 2 CH (OH) CH 2 NH 2
-R 3 -NHCH 2 CH 2 NH 2
-R 3 -NHCH 2 CH 2 CH 2 NH 2
-R 3 -NHCH 2 CH (CH 3 ) NH 2
-R 3 -NHCH (CH 3 ) CH 2 NH 2
-CH 2 CH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2
-CH 2 CH 2 CH 2 O-CH 2 CH (OH) CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 wherein R 2 is in each case defined as above or below, and R 3 is a divalent, straight-chain, branched, cyclic, aliphatic, unsaturated or aromatic hydrocarbon radical having up to 30 carbon atoms and having one or more groups selected from -O-, -NH- , -C (O) - and -C (S) -, preferably selected from -O-, -C (O) - and -C (S) -, and may optionally be substituted by hydroxy,
and where appropriate the amino or ammonium groups may also be protonated.
Bevorzugt werden die Reste QF in den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen der Formel (V)
-R3-[N(R2)-R3]a-,
-R3-[N+(R2)2-R3]a-,
worin jeweils R2 und R3 gleich oder verschieden sein können und wie oben oder nachstehend definiert sind, und a = 1 bis 10, bevorzugter 1 bis 2 ist, und worin R3 gleich oder verschieden sein können und wie oben oder nachstehend definiert sind, und b = 1 oder 2, bevorzugter 1 ist, und ein gesättigter oder ungesättigter gegebenenfalls substituierter Stickstoff-haltiger 5- bis 6-gliedriger Heterocyclus ist, worin das Stickstoffatom gegebenenfalls positiv geladen ist, und wobei die genannten Amino- oder Ammoniumgruppen gegebenenfalls auch protoniert vorliegen können.The radicals Q F are preferably used in the polyorganosiloxanes of the formula (V) used according to the invention.
-R 3 - [N (R 2 ) -R 3 ] a -
-R3- [N + (R 2 ) 2 -R 3 ] a -
wherein each of R 2 and R 3 may be the same or different and are as defined above or below, and a = 1 to 10, more preferably 1 to 2, and wherein R 3 may be the same or different and are as defined above or below, and b = 1 or 2, more preferably 1, and is a saturated or unsaturated optionally substituted nitrogen-containing 5- to 6-membered heterocycle, wherein the nitrogen atom is optionally positively charged, and wherein said amino or ammonium groups may optionally also be protonated.
Die Anbindung der Reste R1, RN, RF und QF an die Polysiloxangerüste erfolgt dabei bevorzugt über eine Silizium-Kohlenstoffatom-Bindung.The attachment of the radicals R 1 , R N , R F and Q F to the polysiloxane is preferably carried out via a silicon-carbon atom bond.
Besonders bevorzugt ist RF eine Gruppe der Formel: -CH2CH2CH2O-CH2CH(OH)CH2NHCH2CH2NH2.More preferably, R F is a group of the formula: -CH 2 CH 2 CH 2 O-CH 2 CH (OH) CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 .
Die Polysiloxanreste Z in den Polyorganosiloxanen der Formel (V)
In den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen werden die organischen Substituenten R1 zweckmäßig aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus:
geradkettigen, cyclischen oder verzweigten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoffresten mit bis zu 100 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere Gruppen, ausgewählt aus
-O-,
-S-,
-NR2-, worin R2 Wasserstoff, einen einwertigen, geradkettigen, cyclischen oder verzweigten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 60 Kohlenstoffatomen darstellt, der eine oder mehrere Gruppen ausgewählt aus -O-, -S-, -NH-, –C(O)- und -C(S)- enthalten kann, und der gegebenenfalls durch eine oder mehrere Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einer Hydroxylgruppe, einer gegebenenfalls substituierten, bevorzugt ein oder mehrere Stickstoffatome enthaltenden heterocyclischen Gruppe, Amino, Alkylamino, Dialkylamino, Ammonium, Polyetherresten und Polyetheresterresten substituiert sein kann, wobei wenn mehrere Gruppen -NR2 vorliegen, diese gleich oder verschieden sein können, -C(O)- und
-C(S)- enthalten kann,
und wobei die genannten Kohlenwasserstoffreste durch einen oder mehrere Reste substituiert sein können, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus:
- – Hydroxy,
- – Amino (-NH2),
- – Mercapto (-SH),
- – einem Polyetherrest mit bis zu 60 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls noch eine oder mehrere Amino-, Mono- oder Dialkylamino, oder Arylamino-Gruppen tragen kann,
- – einem Saccharid-haltigem organischen Rest,
wobei die Anbindung an Silizium über ein Kohlenstoffatom und/oder ein Heteroatom, bevorzugt über ein Kohlenstoffatom erfolgen kann.In the polyorganosiloxanes used in the invention, the organic substituents R 1 are suitably selected from the group consisting of:
straight-chain, cyclic or branched, saturated, unsaturated or aromatic hydrocarbon radicals having up to 100 carbon atoms, optionally one or more groups selected from
-O-,
-S-,
-NR 2 -, in which R 2 is hydrogen, a monovalent, straight-chain, cyclic or branched, saturated, unsaturated or aromatic hydrocarbon radical having up to 60 carbon atoms and having one or more groups selected from -O-, -S-, -NH- , -C (O) - and -C (S) - and optionally substituted by one or more substituents selected from the group consisting of a hydroxyl group, an optionally substituted, preferably one or more nitrogen atoms-containing heterocyclic group, Amino, alkylamino, dialkylamino, ammonium, polyether radicals and polyether radicals may be substituted, wherein when several groups -NR 2 are present, they may be the same or different, -C (O) - and
-C (S) - may contain
and wherein said hydrocarbon radicals may be substituted by one or more radicals selected from the group consisting of:
- - hydroxy,
- Amino (-NH 2 ),
- Mercapto (-SH),
- A polyether radical having up to 60 carbon atoms, which may optionally carry one or more amino, mono- or dialkylamino, or arylamino groups,
- A saccharide-containing organic radical,
wherein the attachment to silicon via a carbon atom and / or a heteroatom, preferably via a carbon atom can take place.
Diese Reste R1 werden wie vorstehend erwähnt ausgewählt aus der Gruppe der Reste RF und RN, wobei es sich bei den Resten RF um solche Reste R1 handelt, die die genannten funktionellen Gruppen F aufweisen und bei den Resten RN um Reste R1 handelt, die die genannten funktionellen Gruppen F nicht aufweisen. Wie vorstehend erwähnt können zwei Reste R1 gemeinsam mit den Siliziumatomen eine verbrückende Gruppe der Formel Si-R-Si bilden, wobei R bevorzugt die Gruppe QF darstellt.These radicals R 1 are as mentioned above selected from the group of radicals R F and R N , wherein the radicals R F are those radicals R 1 which have the said functional groups F and the radicals R N radicals R 1 does not have the said functional groups F. As mentioned above, two radicals R 1 together with the silicon atoms can form a bridging group of the formula Si-R-Si, where R is preferably the group Q F.
R2 ist bevorzugt Wasserstoff, gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 24 Kohlenstoffatomen, der eine oder zwei Gruppen ausgewählt aus -O-, -S-, -NH-, -C(O)- und -C(S)-, bevorzugt ausgewählt aus -O-, -S-, -C(O)- und -C(S)-, enthalten kann, und der gegebenenfalls durch eine oder zwei Hydroxylgruppe substituiert sein kann.R 2 is preferably hydrogen, saturated hydrocarbon radical having up to 24 carbon atoms, one or two groups selected from -O-, -S-, -NH-, -C (O) - and -C (S) -, preferably selected from -O-, -S-, -C (O) - and -C (S) -, and which may optionally be substituted by one or two hydroxyl group.
R3 ist bevorzugt ein zweiwertiger gesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, der eine oder zwei Gruppen -O- enthalten kann, und gegebenenfalls durch Hydroxy substituiert sein kann und über Kohlenstoff an das Siliziumatom gebunden ist.R 3 is preferably a divalent saturated aliphatic hydrocarbon radical having up to 20 carbon atoms, which may contain one or two groups -O-, and may optionally be substituted by hydroxy and attached to the silicon atom via carbon.
Die Reste RN schließen bevorzugt ein: n-, iso-, oder tert.-C1-C22-Alkyl, C2-C22-Alkoxyalkyl, C5-C30-Cycloalkyl, C6-C30-Aryl, C6-C30-Aryl(C1-C6)alkyl, C6-C30-Alkylaryl, C2-C22-Alkenyl, C2-C22-Alkenyloxyalkyl, welche Reste sämtlich durch ein oder mehrere (wie ein bis fünf) Substituenten, wie Hydroxy Halogen (insbesondere Fluor) substituiert sein können und ein oder mehrere Ethergruppen aufweisen können, wie H3C-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, C8H17- and C10H21-, H2C=CH-O-(CH2)1-6, cycloaliphatische Reste, wie Cyclohexylethyl, Limonyl, Norbonenyl, Phenyl, Tolyl, Xylyl, Benzyl und 2-Phenylethyl, Halogen(C1-C10)alkyl, wie CfFfn+1CH2CH2- worin f 1 to 8 ist, wie
CF3CH2CH2-, C4F9CH2CH2-, C6F13CH2CH2-,
C2F5-O(CF2–CF2–O)1-10CF2-,
F[CF(CF3)-CF2-O]1-5–(CF2)0-2,
C3F7-OCF(CF3)- und
C3F7-OCF(CF3)-CF2–OCF(CF3)-.The radicals R N preferably include n-, iso- or tert-C 1 -C 22 -alkyl, C 2 -C 22 -alkoxyalkyl, C 5 -C 30 -cycloalkyl, C 6 -C 30 -aryl, C 6 -C 30 aryl (C 1 -C 6 ) alkyl, C 6 -C 30 alkylaryl, C 2 -C 22 alkenyl, C 2 -C 22 alkenyloxyalkyl, all of which are represented by one or more (such as to five) substituents, such as hydroxy halogen (in particular fluorine), which may have one or more ether groups, such as H 3 C-, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, (CH 3 ) 2 CH- , C 8 H 17 - and C 10 H 21 -, H 2 C = CH-O- (CH 2 ) 1-6 , cycloaliphatic radicals such as cyclohexylethyl, limonyl, norbonenyl, phenyl, tolyl, xylyl, benzyl and 2-phenylethyl , Halo (C 1 -C 10 ) alkyl, such as C f F fn + 1 CH 2 CH 2 - wherein f is 1 to 8, such as
CF 3 CH 2 CH 2 -, C 4 F 9 CH 2 CH 2 -, C 6 F 13 CH 2 CH 2 -,
C 2 F 5 -O (CF 2 -CF 2 -O) 1-10 CF 2 -,
F [CF (CF 3 ) -CF 2 -O] 1-5 - (CF 2 ) 0-2 ,
C 3 F 7 -OCF (CF 3 ) - and
C 3 F 7 -OCF (CF 3 ) -CF 2 -OCF (CF 3 ) -.
Besonders bevorzugt sind Methyl, Vinyl, Phenyl, 3,3,3-Trifluoropropyl, am meisten bevorzugt ist RN = Methyl.Particularly preferred are methyl, vinyl, phenyl, 3,3,3-trifluoropropyl, most preferably R is N = methyl.
Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane können gegebenenfalls zusätzlich zu den Resten RF weitere funktionalisierte Reste R1 aufweisen, welche von F verschiedene funktionelle Gruppen aufweisen. Diese von RF verschiedenen funktionalisierten Reste R1, im folgenden kurz RFZ genannt, werden bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus:
- – quaternäre Phosphoniumgruppen enthaltenden Resten, wie solchen der Formel:
-R3–P+(R2)3 -R3–P(R2)2 - – Urethangruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -R3-OC(O)NH-R2 worin R2 und R3 wie vorstehend beschrieben sind,
- – Harnstoffgruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -R3-NHC(O)NHR2, worin R2 und R3 wie vorstehend beschrieben sind,
- – Amid- bzw. Amidogruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -R3-NHC(O)–R2 oder -R3-C(O)NH-R2, worin R2 und R3 wie vorstehend beschrieben sind,
- – Enamingruppen-enthaltende Resten, wie solchen ausgewählt aus: worin R2 gleich und verschieden sind und R2 und R3 jeweils wie oben definiert sind, welche insbesondere erhältlich sind durch Umsetzung von aminofunktionellen Polyorganosiloxanen mit Ketonen, wie aliphatische oder aromatische Ketone mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen, wie aliphatische C3-C14-Ketone, aromatische C8 bis C12 Ketone, des weiteren Enamine der Formel worin R2 und R3 wie oben definiert sind, welche insbesondere erhältlich sind durch Umsetzung von aminofunktionellen Polyorganosiloxanen mit Monoaldehyden, wie aliphatische oder aromatische Aldehyde mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen, wie aliphatische C1-C14-Aldehyde, beispielsweise Formaldehyd, Butyraldehyd, Furfural, Acrolein, Crotanaldehyd, Glykolaldehyd, Acetaldol, aromatische C7 bis C11 Aldehyde, beispielsweise Benzaldehyd, Anisaldehyd, Vanilin, Salizylaldehyd,
- – Aldehydgruppen-enthaltende Resten, wie solchen ausgewählt aus: worin R3 gleich oder verschieden und R2 und R3 wie oben definiert sind, welche insbesondere erhältlich sind durch Umsetzung von aminofunktionellen Polyorganosiloxanen mit Dialdehyden, wie Glyoxal, Malonaldehyd, Succinaldehyd, Phthalaldehyd, Isophthalaldehyd, Terephthalaldehyd,
- – Zwitterionische Gruppen, wie Carbobetaingruppen enthaltenden Resten, ausgewählt aus: und Salze davon, worin R2 und R3 gleich oder verschieden sind und wie oben definiert sind, Sulfobetaingruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: und deren Salze, worin R2 und R3 gleich oder verschieden sind und wie oben definiert sind,
- – Carbonsäure-/Carboxylatgruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -R3-COOR2, -R3-COO– worin R2 und R3 jeweils wie oben definiert sind,
- – Sulfonsäure-/Sulfonatgruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -R3-SO3R2, -R3-SO3 worin R2 und R3 jeweils wie oben definiert sind,
- – Schwefelsäurehalbester-/Sulfatgruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: -OSO3R2, -OSO3 – worin R2 wie oben definiert ist,
- – Phosphorsäureester-/Phosphatgruppen enthaltenden Resten, ausgewählt wie solchen aus: worin R2 und R3 wie oben definiert sind, und Fluorphosphorsäureester, wie solchen ausgewählt aus: worin R2 und R3 wie oben definiert sind,
- – Phosphonsäureester/Phosphonat-Gruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: bzw. die protonierten Formen davon, worin R2 und R3 wie oben definiert sind (worin R3 über ein Kohlenstoffatom an das Phosphoratom gebunden ist), und worin R3 wie oben definiert ist,
- – Phosphorigsäureester/Phosphit-Gruppen enthaltenden Resten, wie solchen ausgewählt aus: worin R2 und R3 wie oben definiert ist (und über Kohlenstoff an das Sauerstoffatom der Phosphorigsäureester/Phosphit-Gruppen gebunden sind),
- – Xanthogenat/Xanthogenatester-Gruppen enthaltende Reste, wie solchen ausgewählt aus worin R2 und R3 jeweils wie oben definiert sind,
- – über N an Si gebundene Amino-Gruppen, wie solchen ausgewählt aus: -N(R2)2, worin R2 wie oben definiert ist, mit der Maßgabe, dass mindestens ein Rest R2 nicht Wasserstoff ist,
- – über O an Si Alkoxy-Gruppen, wie solchen ausgewählt aus: -OR2, worin R2 wie oben definiert ist, und
- – Si-C-gebundene Polyether-Gruppen, wie solchen ausgewählt aus Polyethylenoxid- und/oder Polypropylenoxid-Gruppen.
- - quaternary phosphonium-containing radicals, such as those of the formula:
-R 3 -P + (R 2 ) 3 -R 3 -P (R 2 ) 2 - Urethane group containing radicals such as those selected from: -R 3 -OC (O) NH-R 2 wherein R 2 and R 3 are as described above,
- Urea group-containing radicals, such as those selected from: -R 3 -NHC (O) NHR 2 , wherein R 2 and R 3 are as described above,
- Amide- or amido-containing radicals, such as those selected from: -R 3 -NHC (O) -R 2 or -R 3 -C (O) NH-R 2 , in which R 2 and R 3 are as described above,
- - Enamine group-containing residues, such as those selected from: wherein R 2 are the same and different and R 2 and R 3 are each as defined above, which are particularly obtainable by reacting amino-functional polyorganosiloxanes with ketones, such as aliphatic or aromatic ketones having up to 14 carbon atoms, such as aliphatic C3-C14 ketones, aromatic C8 to C12 ketones, further enamine of the formula wherein R 2 and R 3 are as defined above, which are particularly obtainable by reacting amino-functional polyorganosiloxanes with monoaldehydes, such as aliphatic or aromatic aldehydes having up to 14 carbon atoms, such as aliphatic C 1 -C 14 aldehydes, for example formaldehyde, butyraldehyde, furfural, acrolein , Crotanaldehyde, glycolaldehyde, acetaldol, aromatic C7 to C11 aldehydes, for example benzaldehyde, anisaldehyde, vaniline, salicylaldehyde,
- Aldehyde group-containing radicals, such as those selected from: wherein R 3 are identical or different and R 2 and R 3 are as defined above, which are obtainable in particular by reaction of amino-functional polyorganosiloxanes with dialdehydes, such as glyoxal, malonaldehyde, succinaldehyde, phthalaldehyde, isophthalaldehyde, terephthalaldehyde,
- Zwitterionic groups, such as radicals containing carbobetaine groups, selected from: and salts thereof, wherein R 2 and R 3 are the same or different and are as defined above, sulfobetaine group-containing radicals such as those selected from: and their salts, wherein R 2 and R 3 are the same or different and are as defined above,
- - carboxylic acid / carboxylate group-containing radicals, such as those selected from: -R 3 -COOR 2 , -R 3 -COO - wherein R 2 and R 3 are each as defined above,
- - sulfonic acid / sulfonate group-containing radicals, such as those selected from: -R 3 -SO 3 R 2 , -R 3 -SO 3 wherein R 2 and R 3 are each as defined above,
- Sulfuric acid half ester / sulfate group-containing radicals, such as those selected from: -OSO 3 R 2 , -OSO 3 - in which R 2 is as defined above,
- Phosphoric acid ester / phosphate groups containing radicals selected from: wherein R 2 and R 3 are as defined above, and fluorophosphoric acid esters such as those selected from: wherein R 2 and R 3 are as defined above,
- Phosphoester / phosphonate group-containing radicals, such as those selected from: or the protonated forms thereof, wherein R 2 and R 3 are as defined above (wherein R 3 is bonded via a carbon atom to the phosphorus atom), and wherein R 3 is as defined above,
- Phosphoric acid ester / phosphite group-containing radicals, such as those selected from: wherein R 2 and R 3 are as defined above (and bonded via carbon to the oxygen atom of the phosphorous acid ester / phosphite groups),
- - xanthogenate / xanthogenate ester-containing groups such as those selected from wherein R 2 and R 3 are each as defined above,
- Amino groups bonded to Si via N, such as those selected from: -N (R 2 ) 2 , in which R 2 is as defined above, with the proviso that at least one R 2 is not hydrogen,
- Via O to Si alkoxy groups, such as those selected from: -OR 2 , wherein R 2 is as defined above, and
- Si-C-bonded polyether groups, such as those selected from polyethylene oxide and / or polypropylene oxide groups.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße Polyorganosiloxane, welche lediglich RF als funktionalisierte Reste R1 tragen.Preference is given to polyorganosiloxanes according to the invention which only carry R F as functionalized radicals R 1 .
In den erfindungsgemäßen Polyorganosiloxanen gegebenenfalls vorhandenen positiven oder negativen Ladungen werden bevorzugt neutralisiert durch Kationen, welche ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus:
Ammoniumkationen (N+(R2)4, worin R2 wie oben definiert ist), Phosphoniumkationen (P+(R2)4, worin R2 wie oben definiert ist), sowie ein- bis dreiwertigen Metallkationen, wie beispielsweise Na+, K+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Cu2+, Zn2+ und Cr3+,
und Anionen, welche ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus:
Halogenid, wie insbesondere Chlorid,
Hydroxid,
Borat,
Sulfat,
Phosphat,
Nitrat und
Carboxylat, wie insbesondere Formiat, Acetat, C8-C22-Carboxylat etc. In the polyorganosiloxanes of the invention optionally present positive or negative charges are preferably neutralized by cations which are selected from the group consisting of:
Ammonium cations (N + (R 2 ) 4 wherein R 2 is as defined above), phosphonium cations (P + (R 2 ) 4 wherein R 2 is as defined above), and mono- to trivalent metal cations such as Na + , K + , Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Cu 2+ , Zn 2+ and Cr 3+ ,
and anions, which are selected from the group consisting of:
Halide, in particular chloride,
Hydroxide,
borate,
Sulfate,
Phosphate,
Nitrate and
Carboxylate, in particular formate, acetate, C8-C22 carboxylate, etc.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß Polyorganosiloxane, die mindestens einen Rest der Formel MF enthalten: worin R1 wie oben definiert, bevorzugt RN, wie oben definiert ist, und RF wie oben definiert ist.Polyorganosiloxanes which contain at least one radical of the formula M F are preferred according to the invention: wherein R 1 is as defined above, preferably R N is as defined above, and R F is as defined above.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß Polyorganosiloxane ausgewählt aus den Formeln (I) bis (V): worin n = 0 bis 14, bevorzugt n = 0 bis 10, und R1 und RF wie nachstehend definiert sind, worin n1 + n2 = 1 bis 14, bevorzugt 1 bis 10, und n2 ≥ 1, und R1 und RF wie nachstehend definiert sind, worin n1 + n2 = 1 bis 14, bevorzugt 2 bis 10, und n2 ≥ 1, und R1 und RF wie nachstehend definiert sind, verwendet, worin n1 + n2 = 3 bis 7, und n2 ≥ 1, und R1 und RF wie zuvor definiert sind, und Polyorganosiloxane der Formel (V)
Die erfindungsgemäßen Polyorganosiloxane werden beispielsweise hergestellt durch Kondensation und Äquilibrierung von amino- und/oder ammoniumfunktionellen Alkoxy- oder Chlorsilanen. Eine weitere Methode besteht in der Hydrierung von cyanofunktionellen Polyorganosiloxanen. Eine dritte Methode besteht in der Umsetzung von SiH-funktionellen Polyorganosiloxanen mit ungesättigten gegebenenfalls geschützten Amino-funktionellen organischen Verbindungen vermittels der Hydrosilylierungsreaktion. Eine vierte Methode besteht in der Umsetzung von Polysiloxan-haltigen Alkylierungsmitteln mit Aminen, wobei Polysiloxan-haltige Alkylierungsmittel beispielsweise Halogenfunktionelle, Epoxy-funktionelle Polyorganosiloxane, Beispielhaft können folgende Polyorganosiloxane erwähnt werden: The polyorganosiloxanes according to the invention are prepared, for example, by condensation and equilibration of amino- and / or ammonium-functional alkoxy- or chlorosilanes. Another method is the hydrogenation of cyano-functional polyorganosiloxanes. A third method consists in the reaction of SiH-functional polyorganosiloxanes with unsaturated optionally protected amino-functional organic compounds by means of the hydrosilylation reaction. A fourth method consists of reacting polysiloxane-containing alkylating agents with amines, wherein polysiloxane-containing alkylating agents are, for example, halogen-functional, epoxy-functional polyorganosiloxanes. The following polyorganosiloxanes can be mentioned by way of example:
Beispielsweise Verbindungen gemäß
Die Erfindung betrifft weiterhin Zusammensetzungen enthaltend mindestens ein Polysiloxan, wie vorstehend definiert, und mindestens ein Trägermedium, wie ein Lösungsmittel, welches von Wasser verschieden ist, und/oder Wasser.The invention further relates to compositions containing at least one polysiloxane, as defined above, and at least one carrier medium, such as a solvent which is different from water, and / or water.
Eine solche Zusammensetzung kann einen oder mehrere an sich bekannte biozide Wirkstoffe zur Behandlung von lignocellulosischen Werkstoffen enthalten.Such a composition may contain one or more biocidal agents known per se for the treatment of lignocellulosic materials.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, bevorzugt die wasser-enthaltenden Zusammensetzungen, bevorzugt als wässrige Emulsion vorliegenden Zusammensetzungen weisen bevorzugt einen Gehalt der Polyorganosiloxane von mehr als 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung auf. Bevorzugter ist der Gehalt mehr als 20 Gew.-%, noch bevorzugter mehr als 30 Gew.-%, und am meisten bevorzugt mehr als 35 Gew.-%.The compositions according to the invention, preferably the water-containing compositions, preferably compositions present as aqueous emulsion, preferably have a content of the polyorganosiloxanes of more than 10% by weight, based on the total amount of the composition. More preferably, the content is more than 20% by weight, more preferably more than 30% by weight, and most preferably more than 35% by weight.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, enthaltend mindestens ein der erfindungsgemäß definierten funktionalisierten Polyorganosiloxane, können beispielsweise einen Lösungsvermittler und/oder einen Emulgator enthalten, der insbesondere zu einer Stabilitätserhöhung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen führt, wie beispielsweise eine wässrige Zusammensetzung, z. B. eine Emulsion, oder eine Lösung oder eine Dispersion in einem Lösungsmittel.The compositions according to the invention containing at least one of the functionalized polyorganosiloxanes defined according to the invention may contain, for example, a solubilizer and / or an emulsifier which in particular leads to an increase in stability of the compositions according to the invention, for example an aqueous composition, eg. As an emulsion, or a solution or a dispersion in a solvent.
Als Lösungsvermittler oder Emulgator kommen insbesondere quartäre Fettaminalkoholate, insbesondere ein quartäres Fettaminethanolat in Frage.Suitable solubilizers or emulsifiers are, in particular, quaternary fatty amine alcoholates, in particular a quaternary fatty amine ethanolate.
Als von Wasser verschiedenes Lösungsmittel kommen je nach Applikationsverfahren in Frage: Kohlendioxid, Alkohol, Ethan, Ethylen, Propan, Butan, Schwefelhexafluorid, Stickoxide, ionische Flüssigkeiten, Chlortrifluormethan, Monofluormethan, Methanol, Ethanol, DMSO, Isopropanol, Aceton, THF, Essigsäure, Ethylenglykol, Polyethylenglykol, N,N-Dimethylanilin, Methan, Pentan, Hexan, Cyclohexan, Toluol, Heptan, Benzol, Ammoniak, Propanol, etc. und Mischungen, bevorzugter Wasser, organische Lösungsmittel, wie Polyalkohole, wie insbesondere Propylenglycol, Ethylenglycol oder Butyldiglycol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Furfurylalkohol, THF, DMSO, Dioxan, Acetanhydrid aliphatische und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe etc. oder Mischungen davon.As a solvent other than water depending on the application method in question: carbon dioxide, alcohol, ethane, ethylene, propane, butane, sulfur hexafluoride, nitrogen oxides, ionic liquids, chlorotrifluoromethane, monofluoromethane, methanol, ethanol, DMSO, isopropanol, acetone, THF, acetic acid, ethylene glycol , Polyethylene glycol, N, N-dimethylaniline, methane, pentane, hexane, cyclohexane, toluene, heptane, benzene, ammonia, propanol, etc. and mixtures, more preferably water, organic solvents such as polyhydric alcohols such as in particular propylene glycol, ethylene glycol or butyl diglycol, ethanol , Propanol, isopropanol, n-butanol, furfuryl alcohol, THF, DMSO, dioxane, acetic anhydride, aliphatic and / or chlorinated hydrocarbons etc. or mixtures thereof.
Beispiele der in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wahlweise enthaltenen bioziden Wirkstoffe schließen beispielsweise ein:
Borverbindungen, wie beispielsweise Borax, Borat, Borsäure, Borsäureester,
Kupferverbindungen, wie wasserlösliche Kupferverbindungen, wie beispielsweise Kupfer(II)-Salze (Kupfer(II)-oxid, Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(II)-hydroxidcarbonat, Bis-(N-cyclohexyldiazeniumdioxy)kupfer(II),
Mischungen von Borverbindungen und Kupferverbindungen,
organische biozide Verbindungen, wie beispielsweise Triazole (wie Azaconazol, Cyproconazol, Propiconazol, Tebuconazol, TCMTB), Phenylsulfamide (wie Dichlorfluanid, Tolylfluanid), Carbamaten (wie IPBC, Carbendazim), aromatischen Fungizide (wie ortho-Phenylphenol, Chlorothalonil) und weitere Fungizide (wie Bethoxazin, Isothiazolon), synthetische Pyrethroide (wie Permethrin, Cypermethrin, Cyfluthrin, Deltamethrin, Silafluofen), Insektizide (wie Imidacloprid, Flufenoxuron, Chlorpyrifos, Fenoxycarb).Examples of the biocidal active ingredients optionally contained in the compositions of the invention include, for example:
Boron compounds, such as, for example, borax, borate, boric acid, boric acid esters,
Copper compounds, such as water-soluble copper compounds, such as, for example, copper (II) salts (copper (II) oxide, copper (II) sulfate, copper (II) hydroxide carbonate, bis (N-cyclohexyldiazeniumdioxy) copper (II),
Mixtures of boron compounds and copper compounds,
organic biocidal compounds such as triazoles (such as azaconazole, cyproconazole, propiconazole, tebuconazole, TCMTB), phenylsulfamides (such as dichlorofluidide, tolylfluanid), carbamates (such as IPBC, carbendazim), aromatic fungicides (such as ortho-phenylphenol, chlorothalonil) and other fungicides ( such as bethoxazine, isothiazolone), synthetic pyrethroids (such as permethrin, cypermethrin, cyfluthrin, deltamethrin, silafluofen), insecticides (such as imidacloprid, flufenoxuron, chlorpyrifos, fenoxycarb).
Die Borverbindungen werden zweckmäßig in einer Menge von 0.1 to 300 Gew.-teile auf 100 Gew.-teile der Gesamtmenge der Polyorganosiloxane verwendet.The boron compounds are suitably used in an amount of 0.1 to 300 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of the polyorganosiloxanes.
Die Borverbindungen stoppen mikrobielle Zersetzung und erlauben eine Abwehr von Insekten wie Termiten. Zweckmäßige Borverbindungen schließen ein Borsäure, Borax, Borester, wie Trialkylborat, z. B. Trimethylborat, Triethylborat, Tripropylborat und Tributylborat, Borate wie Na2B8O13 × 4H2O oder Timbor(R) erhältlich von U.S. Borax Inc., Borax und Borate wie Tim-bor(R) sind bevorzugt. Eine Menge der Borverbindungen von mehr als 300 Gew.-teile verschlechtert die Stabilität der Emulsionen. Wenn die Borverbindungen verwendet werden, setzt man sie vorzugsweise in einer Konzentration mindestens 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Polyorganosiloxane ein.The boron compounds stop microbial decomposition and allow defense against insects such as termites. Useful boron compounds include boric acid, borax, boron esters such as trialkyl borate, e.g. Trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate and tributyl borate, borates such as Na 2 B 8 O 13 .4H 2 O or Timbor (R) available from US Borax Inc., borax and borates such as timbor (R) are preferred. An amount of the boron compounds of more than 300 parts by weight deteriorates the stability of the emulsions. When the boron compounds are used, they are preferably used in a concentration of at least 10% by weight based on the total amount of the polyorganosiloxanes.
Weitere Hilfsmittel, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden können schließen beispielsweise ein: Emulgatoren, wie vorstehend erwähnt, Verdickungsmittel, Pigmente, Farbstoffe, antistatische Mittel, Entschäumer, Flammschutzmittel etc.Further auxiliaries which can be used in the compositions according to the invention include, for example: emulsifiers, as mentioned above, thickeners, pigments, dyes, antistatic agents, defoamers, flame retardants, etc.
Bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzungen enthalten:
10 bis 100, bevorzugter 15 bis 80, noch bevorzugter 20 bis 70 Gew.-Teile funktionalisierte(s) Polysiloxan(e), wie zuvor definiert,
30 bis 95, bevorzugter 40 bis 80 Gew.-Teile Trägermedium, wie beispielsweise die vorstehend erwähnten, insbesondere Wasser oder Kohlendioxid,
0 bis 100, bevorzugter 0 bis 80 Gew.-Teile weitere Biozide, wie beispielsweise die vorstehend erwähnten,
0 bis 100, bevorzugter 1 bis 80 Gew.-Teile Gew.-Teile sonstige Hilfsmittel, wie beispielsweise die vorstehend erwähnten, wie insbesondere Emulgatoren.Preferred compositions according to the invention contain:
10 to 100, more preferably 15 to 80, even more preferably 20 to 70 parts by weight of functionalized polysiloxane (s) as defined above
30 to 95, more preferably 40 to 80 parts by weight of carrier medium, such as those mentioned above, in particular water or carbon dioxide,
0 to 100, more preferably 0 to 80 parts by weight of further biocides, such as those mentioned above,
0 to 100, more preferably 1 to 80 parts by weight, parts by weight of other auxiliaries, such as those mentioned above, in particular emulsifiers.
Die vorliegende Anmeldung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung lignocellulosischer Werkstoffe, umfassend die Behandlung des lignocellulosischen Werkstoffs mit mindestens einem der vorstehende definierten Polyorganosiloxane, oder einer Zusammensetzung, wie zuvor definiert, durch Oberflächenbehandlung, Tauchbehandlung oder Vakuum- oder Druck-Imprägnierung.The present application further relates to a method of treating lignocellulosic materials comprising treating the lignocellulosic material with at least one of the foregoing defined polyorganosiloxanes, or a composition as defined above, by surface treatment, dip treatment or vacuum or pressure impregnation.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann man den lignocellulosischen Werkstoffe mit allen bei der Holzbehandlung üblichen, aus der Fachliteratur bekannten Methoden zur Einbringung von wässrigen Lösungen mit dem erfindungsgemäßen Mittel beschichten oder imprägnieren, wie zum Beispiel durch Streichen, Spritzen, Tauchen, Fluten, Trogtränkung, Kesseldrucktränkung, Vakuumtränkung, Vakuumdrucktränkung, Bohrlochtränkung oder durch das Saftverdrängungsverfahren, vgl. auch
Bevorzugt führt man beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Kesseldruckimprägnierung oder ein Oberflächenbehandlungsverfahren, wie Streichen, Spritzen, Tauchen oder Fluten, durch. Besonders bevorzugt führt man beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vakuum-Druck-Imprägnierung durch. So kann man das zu imprägnierende Substrat in einem druckfesten Imprägnierreaktor über 5 Minuten bis 8 Stunden, vorzugsweise 15 Minuten bis 2 Stunden, insbesondere etwa eine halbe bis eine Stunde, zunächst einem Druck von 10 bis 500 mbar abs., vorzugsweise 50 bis 200 mbar abs., insbesondere etwa 100 mbar abs., aussetzen, diesen Druck aufrechterhalten und das Substrat dann in das Imprägniermittel eintauchen bzw. mit dem Imprägniermittel bedecken, und den Druck für 0,5 bis 4 Stunden auf 1,5 bis 20 bar abs., vorzugsweise für 1 bis 3 Stunden auf 5 bis 15 bar abs., insbesondere etwa für 2 bis 3 Stunden auf 10 bis 12 bar abs., anheben. Anschließend kann der Druck auf Umgebungsdruck abgesenkt werden. Man entnimmt das Substrat der Imprägnierlösung, lässt gegebenenfalls Nachvakuum einwirken bzw. lässt abtropfen und führt das so vakuumdruckgetränkte Substrat der Trocknung zu. Vorteilhaft führt man nach dem Imprägnierschritt ein gezieltes Trocknungsverfahren durch. So sollte beim Imprägnierschritt eine gezielte Lufttrocknung und/oder ein gezieltes technisches Trocknungsverfahren folgen, beispielsweise eine Mikrowellentrocknung, IR-Trocknung, Frisch/Ablufttrocknung, Heißlufttrocknung, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung oder eine Kombination der Methoden, wie sie beispielsweise aus
Die Kombination der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane mit Kupfer- und/oder Borverbindungen und/oder organischen bioziden Schutzmitteln kann sowohl in einem bevorzugten einstufigen Verfahren als auch in einem weniger bevorzugten zweistufigen Verfahren eingesetzt werden. Einstufige Verfahren sind beispielsweise Streichen, Tauchen oder Imprägnieren mit Formulierungen der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane in organischen Lösemitteln oder als wässrige Emulsion. Bei zweistufigen Verfahren werden vorzugsweise zuerst die Kupfer- und/oder Borverbindungen und/oder organischen bioziden Schutzmittel aufgebracht, beispielsweise durch Streichen, Tauchen oder Imprägnieren, und anschliessend die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane.The combination of the polyorganosiloxanes used according to the invention with copper and / or boron compounds and / or organic biocidal protective agents can be used both in a preferred single-stage process and in a less preferred two-stage process. One-step processes are, for example, brushing, dipping or impregnating with formulations of the polyorganosiloxanes used in accordance with the invention in organic solvents or as an aqueous emulsion. In two-step processes, the copper and / or boron compounds and / or organic biocidal protective agents are preferably applied first, for example by brushing, dipping or impregnating, and then the polyorganosiloxanes used according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane als wässrige Emulsion vor. Zur Herstellung und/oder Stabilisierung einer solchen wässrigen Emulsion kann ein Emulgator zugesetzt werden, wobei der Emulgator auch ein von den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen verschiedenes aminomodifiziertes Silikon sein kann.In a preferred embodiment, the polyorganosiloxanes used according to the invention are present as an aqueous emulsion. An emulsifier may be added for the preparation and / or stabilization of such an aqueous emulsion, wherein the emulsifier may also be an amino-modified silicone other than the polyorganosiloxanes used according to the invention.
Es wird angenommen, dass der Mechanismus, durch welchen die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane Holz und andere lignocellulosische Werkstoffe gegen die Witterung und/oder Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt widerstandsfähiger macht, zumindest teilweise darin liegt, dass die Oberfläche, vorzugsweise die an die Oberfläche angrenzenden Schichten bis hin zum gesamten Volumen des Holzes oder lignocellulosischen Werkstoffs hydrophobiert werden. Für Holz wird angenommen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane zu einer verringerten Aufnahme von flüssigem Wasser und zu einer verringerten Feuchtesorption (gasförmiges Wasser) führt, was wiederum zu einer geringeren Schwankung der Dimensionen bei Regen bzw. bei sich verändernder Umgebungsfeuchte führt. So führen die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane deshalb zu einer besseren Dimensionsstabilität von Holz, weil sie in die Zellwand des Holzes eindringen und dort offenbar aufgrund ihrer besonderen Funktionalisierungen dauerhaft verbleiben. Dadurch befindet sich die hölzerne Zellwand auch im trocknen Zustand in einer Form, die einem vorgequollenen Zustand ähnelt und nimmt deshalb weniger Wasser auf, als unbehandeltes Holz. Das Eindringen der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane wird vor allem mit sogenannten wässrigen Mikroemulsionen, beispielsweise mit durchschnittlichen Partikelgrössen von 10 bis 100 nm erreicht. Derartige Mikroemulsionen können in die Poren von Holzzellwänden eindringen und auch zwischen Cellulosestränge, sodass die weitere Aufnahme von Wasser dauerhaft vermindert wird. Auf diese Weise wird auch die Dimensionsveränderung, beispielsweise die Schwindung beim Trocknen von Holz vermindert, wenn sich der Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung verringert. Im Falle von Makroemulsionen, beispielsweise mit einer Partikelgrösse von mehr als 150 nm wird angenommen, dass die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane die inneren Oberflächen von Holzzellen zumindest teilweise beschichten und in die Poren der Holzzellwand eindringen. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane ermöglichen einerseits eine bessere Assoziation mit dem lignocellulosischen Werkstoff und verleihen andererseits eine wachstumshemmende Wirkung für Mikroorganismen. Die Behandlung wirkt insbesondere gegenüber Pilzen hemmend, sodass mit den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen behandelte lignocellulosische Werkstoffe, wie beispielsweise Holz, weniger stark von verfärbenden, beispielsweise verblauenden Pilzen oder Schimmel, oder zerstörenden Pilzen (Weissfäule, Braunfäule) befallen werden und daher eine grössere Beständigkeit gegen mikrobiellen Abbau aufweisen. Es wird angenommen, dass die Imprägnierung mit den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxanen den Feuchtegehalt im Holz unter das zum Wachstum der Pilze benötigte Niveau drückt. Mittels der erfindungsgemäßen Polyorganosiloxane gelingt es überraschend in einem einstufigen, praxistauglichen Verfahren Holz dauerhaft zu imprägnieren, und dabei die Neigung des Holzes zur Wasseraufnahme weiter zu verringern, die Dimensionsstabilität bei Änderung des Feuchtegehalts der Umgebung zu verbessern und den Abbau des Holzes durch Pilze, Bakterien und Insekten, wie holzzerstörende Insekten, beispielsweise Termiten, Hausbockkäfer, gewöhnliche Nagekäfer, Splintholzkäfer wirksam zu verringern. Gleichzeitig wird die Vergilbung und Vergrauung des Holzes durch Licht- und Wettereinwirkung unterdrückt.It is believed that the mechanism by which the polyorganosiloxanes used in the present invention render wood and other lignocellulosic materials more resistant to weathering and / or variations in moisture content is at least in part due to the surface, preferably the surface adjacent layers, extending to the surface entire volume of the wood or lignocellulosic material are hydrophobic. For wood, it is assumed that the polyorganosiloxanes used according to the invention lead to a reduced uptake of liquid water and to a reduced moisture absorption (gaseous water), which in turn leads to a smaller fluctuation in the dimensions in the case of rain or changing ambient humidity. Thus, the polyorganosiloxanes used in the invention therefore lead to a better dimensional stability of wood, because they penetrate into the cell wall of the wood and apparently remain there permanently due to their special functionalizations. As a result, even when dry, the wooden cell wall resembles a preswollen state and therefore absorbs less water than untreated wood. The penetration of the polyorganosiloxanes used in the invention is achieved especially with so-called aqueous microemulsions, for example with average particle sizes of 10 to 100 nm. Such microemulsions can penetrate into the pores of wood cell walls and also between cellulosic strands, so that the further uptake of water is permanently reduced. In this way, the dimensional change, such as the shrinkage during drying of wood is reduced when the Moisture content of the environment is reduced. In the case of macroemulsions, for example with a particle size of more than 150 nm, it is assumed that the polyorganosiloxanes used according to the invention at least partially coat the inner surfaces of wood cells and penetrate into the pores of the wood cell wall. On the one hand, the polyorganosiloxanes used according to the invention make possible a better association with the lignocellulosic material and, on the other hand, confer a growth-inhibiting effect on microorganisms. The treatment has an inhibitory effect on fungi in particular, so that lignocellulosic materials treated with the polyorganosiloxanes used according to the invention, such as wood, are less affected by discoloring, for example, fungi or mold, or destructive fungi (white rot, brown rot) and therefore have a greater resistance to microbial Have degradation. It is assumed that the impregnation with the polyorganosiloxanes used according to the invention suppresses the moisture content in the wood below the level required for the growth of the fungi. By means of the polyorganosiloxanes according to the invention, it is surprisingly possible to permanently impregnate wood in a one-step process, while further reducing the tendency of the wood to absorb water, to improve the dimensional stability when the moisture content of the environment changes and to reduce the degradation of the wood by fungi, bacteria and Insects, such as wood-destroying insects, such as termites, domestic goat beetle, common rodent beetle, sapwood beetle effectively reduce. At the same time the yellowing and graying of the wood is suppressed by light and weather.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die funktionalisierten Polyorganosiloxane vermittels eines Verfahrens unter Verwendung von überkritischem bzw. flüssigem Kohlendioxid oder anderen vorzugsweise bei Normalbedingungen gasförmigen Lösungsmitteln (wie die vorstehend erwähnten) als Trägermedium in den lignocellulosischen Werkstoff eingebracht.In a further particularly preferred embodiment of the present invention, the functionalized polyorganosiloxanes are introduced into the lignocellulosic material as a carrier medium by means of a process using supercritical or liquid carbon dioxide or other preferably gaseous solvents (such as those mentioned above).
Im Falle der dabei besonders bevorzugten Verwendung von Kohlendioxid umfasst dieses Verfahren eine Druckbeaufschlagung von beispielsweise etwa 10 bis 200 bar bei etwa 0 bis 40°C. Dieses Verfahren erfordert vielfach spezielle Dekompressionsverfahren um den lignocellulosischen Werkstoff bei Dekomprimieren nicht zu beschädigen. Beim Dekomprimieren entweicht das im allgemeinen gasförmige Trägermedium, wie insbesondere Kohlendioxid, und die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane bleiben im lignocellulosischen Werkstoff zurück, wobei im Allgemeinen Zellwände und Zellzwischenräume mit den erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane abgefüllt werden. Für weitere Details zu überkritischen Fluid-Behandlungen von Holzwerkstoffen kann verwiesen werden auf
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt durch das Verfahren des Auftrags bzw. des Einbringens der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane Gehalte von bis zu 7 Gew.-%, bevorzugt etwa 2 bis 5 Gew.-% der Polyorganosiloxane bezogen auf die Gesamtmasse des behandelten getrockneten lignocellulosischen Werkstoff zu erzeugen.According to the invention, by the method of application or incorporation of the polyorganosiloxanes used according to the invention, contents of up to 7% by weight, preferably about 2 to 5% by weight, of the polyorganosiloxanes relative to the total mass of the treated dried lignocellulosic material are preferred.
Mittels der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane gelingt es mit einem besonders niedrigen Gehalt derselben eine maximale Schutzwirkung für den lignocellulosischen Werkstoff zu erzielen.By means of the polyorganosiloxanes used according to the invention, it is possible with a particularly low content to achieve the same maximum protective effect for the lignocellulosic material.
Erfindungsgemäß kann der Gehalt der erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane in den lignocellulosischen Werkstoffen dadurch erhöht werden, dass man besonders konzentrierte wässrige Emulsionen der Polyorganosiloxane verwendet. Bevorzugte Konzentrationen genannter wässriger Emulsionen liegen daher bei mindestens etwa 10 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens etwa 15 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens etwa 25 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens etwa 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsion. Alternativ können auch Lösungen in von Wasser verschiedenen Lösungsmitteln der Polyorganosiloxane verwendet werden, wobei die bevorzugten Konzentrationen denen der Emulsion entsprechen. Die Verwendung der Mikroemulsionen (durchschnittliche Tröpfchendurchmesser der Polyorganosiloxane kleiner als 200 nm) ist besonders bevorzugt, weil die Aufnahme in den lignocellulosischen Werkstoff besonders leicht erfolgt. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass die Eindringtiefe und damit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polyorganosiloxane auch vom Molekulargewicht und der Benetzbarkeit des lignocellulosischen Werkstoffs mit den genannten funktionalisierten Polyorganosiloxane abhängt. Es zeigt sich, dass besonders die erfindungsgemäßen kurzkettigen bzw. niedermoiekularen Polyorganosiloxane, die erfindungsgemäß verwendet werden hier bevorzugt sind. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyorganosiloxane weisen beispielsweise zahlenmittlere Molekulargewichte Mn von weniger als 2000 g/mol, noch bevorzugter weniger als 1500 g/mol, noch bevorzugter weniger als 1000 g/mol auf (jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie an Polystyrol als Standard; im Falle der alpha,omega-funktionalisierten (an den Endgruppen funktionalisierten) linearen Polyorganosiloxane ist auch die Molekulargewichtsbestimmung durch Bestimmung der Konzentration der funktionellen Gruppen, insbesondere durch 1H- oder 29Si-NMR-Verfahren, anwendbar).According to the invention, the content of the polyorganosiloxanes used according to the invention in the lignocellulosic materials can be increased by using particularly concentrated aqueous emulsions of the polyorganosiloxanes. Preferred concentrations of said aqueous emulsions are therefore at least about 10% by weight, more preferably at least about 15% by weight, even more preferably at least about 25% by weight, even more preferably at least about 35% by weight, based on the total amount the emulsion. Alternatively, solutions in solvents other than water of the polyorganosiloxanes can also be used, with the preferred concentrations corresponding to those of the emulsion. The use of the microemulsions (average droplet diameter of the polyorganosiloxanes smaller than 200 nm) is particularly preferred because the incorporation into the lignocellulosic material is particularly easy. According to the invention, it has been found that the penetration depth and thus the effectiveness of the functionalized polyorganosiloxanes according to the invention also depends on the molecular weight and the wettability of the lignocellulosic material with the said functionalized polyorganosiloxanes. It is found that especially the short-chain or low-molecular polyorganosiloxanes according to the invention which are used according to the invention are preferred here. The polyorganosiloxanes used according to the invention have, for example, number average molecular weights M n of less than 2000 g / mol, more preferably less than 1500 g / mol, even more preferably less than 1000 g / mol (determined in each case by gel permeation chromatography on polystyrene as standard; , omega-functionalized (at the end groups functionalized) linear polyorganosiloxanes also the molecular weight determination by determination of the concentration of the functional groups, in particular by 1H or 29Si NMR method, applicable).
Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiele veranschaulicht.The invention is illustrated by the following examples.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1example 1
Prüfkörper der Größe 25·25·10 mm3 (radial·tangential·longitudinal) der Holzarten Kiefersplint (Pinus sylvestris L.) und Buche (Fagus sylvatica L.) wurden bei 103°C über mehrere Stunden bis zur Massekonstanz darrgetrocknet. Anschließend erfolgte eine Vakuumtränkung mit einer Lösung Wasser: Isopropanol (1:1) enthaltend 5, 10, bzw. 15 Gew.-% eines analog
Die resultierenden Gewichtszunahmen im nach Darrtrocknung bei 103°C bis zur Massekonstanz getrockneten Holz betrugen durchschnittlich ca. 9%, ca. 16% und ca. 24 Gew.-% bezogen auf das Ausgangsgewicht der Proben. Die dazugehörigen dauerhaften Zellwandquellungen (Bulking, gemessen durch die Zunahme der Querschnittsfläche) betrugen entsprechend durchschnittlich ca. 1,2%, ca. 1,7% sowie ca. 2,4% bezogen auf die Ausgangsquerschnittsfläche. Die dauerhafte Zellwandquellung ist ein Maß für die Dimensionsstabilisierung des Holzes und daher ein gewünschter Effekt. Je stärker die Zellwand dauerhaft gequollen ist, desto geringer werden die maximalen Dimensionsänderungen.The resulting weight increases in dried after drying at 103 ° C to constant weight wood averaged about 9%, about 16% and about 24 wt .-% based on the initial weight of the samples. The associated permanent cell wall swellings (bulking, measured by the increase in the cross-sectional area) accordingly averaged about 1.2%, about 1.7% and about 2.4% relative to the starting cross-sectional area. The permanent cell wall swelling is a measure of the dimensional stabilization of the wood and therefore a desired effect. The more the cell wall swells permanently, the smaller the maximum dimensional changes become.
Vergleichsbeispiel 1:Comparative Example 1
Prüfkörper der Größe 25·25·10 mm3 (radial·tangential·longitudinal) der Holzarten Kiefersplint (Pinus sylvestris L.) und Buche (Fagus sylvatica L.) wurden bei 103°C über mehrere Stunden bis zur Massekonstanz darrgetrocknet. Anschließend erfolgte eine Vakuumtränkung mit einer Lösung Wasser: Isopropanol (1:1) enthaltend 5, 10, bzw. 15 Gew.-% eines analog
Die resultierenden Gewichtszunahmen nach Darrtrocknung bei 103°C bis zur Massekonstanz betrugen durchschnittlich ca. 8%, ca. 12% bzw. ca. 22% bezogen auf die jeweiligen Ausgangsgewichte, waren also vergleichbar mit denen des Beispiels 1. Die dazugehörige, dauerhafte Zellwandquellung (gemessen durch die Zunahme der. Querschnittsfläche) betrug hier jedoch nur durchschnittlich ca. 0,4%, ca. 0,8% sowie ca. 1,2% bezogen auf die Ausgangsquerschnittsfläche. Beim Vergleich mit Beispiel 1 wird deutlich, dass eine Verringerung der Kettenlänge des eingesetzten Aminosiloxanes einen positiven Einfluss auf die dauerhafte Zellwandquellung und damit Dimensionsstabilisierung hat.The resulting weight increases after drying at 103 ° C. to constant mass were on average about 8%, about 12% and about 22%, respectively, based on the respective starting weights, thus being comparable to those of example 1. The associated, permanent cell wall swelling ( measured by the increase in the cross-sectional area), however, only an average of about 0.4%, about 0.8% and about 1.2% based on the starting cross-sectional area. When comparing with Example 1, it becomes clear that a reduction in the chain length of the aminosiloxane used has a positive influence on the permanent cell wall swelling and thus dimensional stabilization.
Die in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Holzprüfkörper wurden mit einem Raster-Elektronenmikroskop (Leo Supra 35 SEM, Zeiss GmbH) unter Verwendung einer Röntgenmikroanalyse (Energy dispersive x-ray; EDX, Thermo Fisher Scientific GmbH) untersucht (
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2Example 2 and Comparative Example 2
Kiefersplintholzproben 5 × 40 × 40 mm3 (radial·tangential·longitudinal) wurden wie im vorangehenden Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 mit wässrigen Lösungen mit 5 Gew.-% und 15 Gew.-% der Aminosiloxane imprägniert, die analog zu Beispiel 22a in
Nach zwischenzeitlicher Darrtrocknung wie zuvor wurden die Prüfkörper einer Auswaschungsbeanspruchung gemäß
Es zeigt sich, dass die Holzbehandlung mit den Aminopolyorganosiloxanen zu einer deutlichen Reduzierung des Bläuebefalls gegenüber der unbehandelten Kontrolle führt, die mit steigender Konzentration der Aminopolysiloxan-Lösung zunimmt, wobei die erfindungsgemäße Aminopolyorganosiloxan-Lösung bei niedrigeren Konzentrationen eine etwas höhere Wirksamkeit besitzt.It turns out that the wood treatment with the Aminopolyorganosiloxanen leads to a significant reduction of the bluish infestation over the untreated control, which increases with increasing concentration of the Aminopolysiloxan solution, the Aminopolyorganosiloxan solution according to the invention has a slightly higher efficiency at lower concentrations.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 Example 3 and Comparative Example 3
Prüfkörper der Dimension 30 × 10 × 5 mm3, (radial·tangential·longitudinal) der Holzarten Kiefersplint (Pinus sylvestris L.) und Buche (Fagus sylvatica L.) wurden, wie in Beispiel 2 beschrieben, mit 5 und 15 Gew.-%igen wässrigen Lösungen der in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 beschriebenen aminofunktionellen Polyorganosiloxane mit den Kettenlängen D9 bzw. D30 behandelt und über 14 Tage einer Auswaschbeanspruchung in Wasser gemäß
Tabelle 2: Masseverluste und Standardabweichungen von mit Aminopolyorganosiloxane: behandelten und unbehandelten Holzproben nach 12-wöchiger Inkubation, in den mit Stern bezeichneten Masseverlusten wird ein Unterschied von mehr als 2 Standardabweichungen zwischen dem mit dem erfindungsgemäßen Siloxan aus Beispiel 3 gegenüber dem mit Vergleichsbeispiel 3 behandelten Prüfkörpern gefunden.Table 2: Mass Losses and Standard Deviations of Amine Polyorganosiloxanes: Treated and Untreated Wood Samples After 12 Weeks of Incubation, in starred mass losses becomes a difference of more than 2 standard deviations between that with the siloxane of Example 3 of the present invention versus the Comparative Example 3 treated specimens found.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Behandlung der Prüfkörper mit einer 15 Gew.-%-igen Konzentration zu einem deutlich geringerem Masseverlust führt als bei den unbehandelten Prüfkörpern. Bei den mit 5 Gew.-%iger Lösung behandelten Proben lassen sich leichte erhöhte Resistenzen nur bei den behandelten Buchenprüfkörpern beobachten.The results show that the treatment of the test specimens with a concentration of 15% by weight leads to a significantly lower loss in mass than in the untreated specimens. In the samples treated with 5% by weight solution, slight increased resistances can be observed only in the treated beech test specimens.
Die kurzkettigen Aminopolyorganosiloxane führen bei unterschiedlichen Holztypen bzw. Pilzarten zu einer höheren Resistenz (also einem niedrigeren Masseverlust) als die langkettigen Aminopolyorganosiloxane.The short-chain aminopolyorganosiloxanes lead to a higher resistance (ie a lower mass loss) in the case of different types of wood or fungi than the long-chain aminopolyorganosiloxanes.
Die Beispiele machen deutlich, dass die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane die Wasseraufnahme in Holzkörpern absenken. Die verringerte Wasseraufnahme ermöglicht es, die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane als Schutzmittel für Holz und andere lignocellulosische Werkstoffe einzusetzen, wobei Holz u. ä. gegenüber Witterungseinflüssen wie beispielsweise Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung, widerstandsfähiger gemacht werden kann. Es ist auch gezeigt worden, dass Holz, das mit erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxanen als Schutzmittel behandelt worden ist, einem deutlich geringeren Befall durch oberflächlichen Schimmel- und Bläuepilze unterliegt. Als weiteren Vorteil bieten die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane als Schutzmittel für lignocellulosische Materialien, beispielsweise Holz, eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen den Befall mit Algen und schädlichen Meeresorganismen, wie beispielsweise Bohrmuscheln. Als weiteren Vorteil bieten die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane als Schutzmittel für Holz eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen den Befall mit Algen. Des weiteren können die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane die Widerstandsfähigkeit von Holz gegen holzzerstörende Insekten, beispielsweise Termiten, Hausbockkäfern, gewöhnlichen Nagekäfern, Splintholzkäfern erhöhen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zusätzlich oder gleichzeitig zu den erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxanen Insektizide in den lignocellulosischen Werkstoff eingebracht werden. Des Weiteren zeigen die Abbauversuche, d. h. der gemessene Masseverlust an Buche und Kiefer im Kontakt mit dem Weissfäulepilz Trametes versicolor bzw. dem Braunfäulepilz Coniophora puteana, dass die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane Holz und andere lignocellulosische Werkstoffe auch gegenüber diesen holzzerstörenden Pilzen widerstandsfähiger machen. Versuche zum Quellungs- und Schwindungsverhalten von Buchen- und Fichtenholzproben zeigen, dass die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane Holz eine erhöhte Dimensionsstabilität bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeitsschwankungen der Umgebung verleihen. Dies ist eine gewünschte Eigenschaft, da Quellung und Schwindung große Nachteile bei der Anwendung von Holz bedeuten. Beispielsweise führt dies Erhöhung der Dimensionsstabilität zu einer deutlich verringerten Rissbildung, wie in Bewitterungsversuchen gezeigt werden konnte. Die Versuche zur Aussenbewitterung zeigten, dass Holzproben, die mit dem erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxanen behandelt wurden, eine erhöhte Farbstabilität aufweisen. Dieser Schutz ist darauf zurückzuführen, dass sich insbesondere der Ligninabbau in den oberen Zellwandschichten des Holzes weniger schnell als bei unbehandeltem Holz vollzieht. Die Auswaschversuche mit Borsäure als Cobiozid zur Bestimmung der Fixierung hydrophiler Substanzen durch die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane in lignocellulosischen Materialien zeigen, dass die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane eine Fixierung bzw. Zurückhaltung hydrophiler Substanzen in Holz bzw. lignocellulosischen Materialien erreichen. Die Fixierung bzw. Zurückhaltung auch lipophiler Substanzen in lignocellulosischen Werkstoffen durch die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane gehen auf die allgemein lipophilen Eigenschaften dieser Silikonderivate zurück. Daher eignen sich die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxanezur Fixierung herkömmlicher Holzbehandlungsmittel, wie beispielsweise Flammschutzmitteln, Fungiziden, Insektiziden oder Farbstoffen. Dies betrifft vor allem solche herkömmlichen Verbindungen, die nur schlecht in der Matrix des lignocellulosischen Materials zurückgehalten werden und durch Wasser leicht ausgewaschen werden. Zum Nachweis einer Verringerung der Entflammbarkeit wurde mit einem erfindungsgemäßen Aminopolysiloxane imprägniertes Kiefernholz mit Hilfe einer Thermo-Waage (TGA) untersucht. Dazu wurden Kiefernholzproben der Größe 5 × 10 × 30 mm3 mit erfindungsgemäßen Aminopolyorganosiloxanen sowie mit einem kommerziellen Flammschutzmittel für Holz (Impralit F3/66, Rütgers Organics) behandelt. Die Holzproben wurden anschlies-send gemahlen. Mittels einer Thermo-Waage (STA 409 PC, Netzsch) wurde das Holzmehl kontinuierlich unter Sauerstoff als Schutzgas mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 20°C/min von 0°C auf 800°C erhitzt und die Gewichtsveränderungen nachvollzogen. Die thermogravimetrische Analyse zeigt, dass die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane zu einer erhöhten Flammbeständigkeit bzw. Feuerfestigkeit der damit behandelten lignocellulosischen Werkstoffe, am Beispiel von Holz nachgewiesen, führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zusätzlich zu den erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane herkömmliche Flammschutzmittel in den lignocellulosischen Werkstoff angebracht sind, wie beispielsweise solche aus Phosphorverbindungen (Phosphate, Polyphosphate), Magnesiumverbindungen (Magnesiumhydroxid), Aluminiumverbindungen (Aluminiumhydroxid), Brom/Chlorverbindungen (Halogenwasserstoffe) und Flammschutzsysteme mit aufblähenden Stoffen.The examples make it clear that the novel aminopolyorganosiloxanes lower the water absorption in wood bodies. The reduced water absorption makes it possible to use the novel aminopolyorganosiloxanes as protective agents for wood and other lignocellulosic materials, wood u. Ä. Can be made more resistant to weather conditions such as changes in the moisture content of the environment. It has also been shown that wood which has been treated with aminopolyorganosiloxanes according to the invention as a protective agent is subject to significantly lower levels of attack by superficial mildew and blue fungi. As a further advantage, the aminopolyorganosiloxanes according to the invention as protection agents for lignocellulosic materials, for example wood, offer increased resistance to the attack of algae and harmful marine organisms, such as, for example, shells. As a further advantage, the novel aminopolyorganosiloxanes as protection agents for wood have an increased resistance to attack by algae. Furthermore, the novel aminopolyorganosiloxanes can increase the resistance of wood to wood-destroying insects, for example termites, domestic goat beetles, common barnacles, sapwood beetles. This is the case in particular if insecticides are introduced into the lignocellulosic material in addition to or simultaneously with the aminopolyorganosiloxanes according to the invention. Furthermore, the degradation experiments, ie the measured mass loss of beech and pine in contact with the white rot fungus Trametes versicolor or the brown rot fungus Coniophora puteana, show that the novel aminopolyorganosiloxanes make wood and other lignocellulosic materials more resistant to these wood-destroying fungi. Tests on the swelling and shrinkage behavior of beech and spruce wood samples show that the inventive aminopolyorganosiloxanes increased wood Give dimensional stability in contact with water or humidity variations of the environment. This is a desirable property since swelling and shrinkage are major drawbacks to the use of wood. For example, this increase in dimensional stability leads to a significantly reduced cracking, as could be shown in weathering experiments. The outdoor weathering experiments showed that wood samples treated with the aminopolyorganosiloxanes of the invention have increased color stability. This protection is due to the fact that in particular the lignin degradation in the upper cell wall layers of the wood takes place less quickly than in untreated wood. The leaching tests with boric acid as cobicidal for determining the fixation of hydrophilic substances by the novel aminopolyorganosiloxanes in lignocellulosic materials show that the aminopolyorganosiloxanes according to the invention achieve fixation or retention of hydrophilic substances in wood or lignocellulosic materials. The fixation or retention of lipophilic substances in lignocellulosic materials by the aminopolyorganosiloxanes according to the invention are due to the generally lipophilic properties of these silicone derivatives. Therefore, the novel aminopolyorganosiloxanes are suitable for fixing conventional wood treatment agents, such as flame retardants, fungicides, insecticides or dyes. This applies above all to those conventional compounds which are poorly retained in the matrix of the lignocellulosic material and easily washed out by water. To demonstrate a reduction in flammability, pinewood impregnated with an aminopolysiloxane according to the invention was examined by means of a thermo-balance (TGA). For this purpose, pine wood samples of size 5 × 10 × 30 mm 3 were treated with aminopolyorganosiloxanes according to the invention and with a commercial wood flame retardant (Impralit F3 / 66, Rütgers Organics). The wood samples were then ground. By means of a thermo-balance (STA 409 PC, Netzsch), the wood flour was continuously heated under oxygen as a protective gas at a heating rate of 20 ° C / min from 0 ° C to 800 ° C and the changes in weight traced. The thermogravimetric analysis shows that the novel aminopolyorganosiloxanes lead to an increased flame resistance or fire resistance of the lignocellulosic materials treated therewith, as exemplified by wood. This is the case in particular when, in addition to the novel aminopolyorganosiloxanes, conventional flameproofing agents are applied to the lignocellulosic material, such as those from phosphorus compounds (phosphates, polyphosphates), magnesium compounds (magnesium hydroxide), aluminum compounds (aluminum hydroxide), bromine / chlorine compounds (hydrogen halides) and Flame retardant systems with inflating substances.
Die erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane können auch zur physikalischen und/oder chemischen Bindung herkömmlicher Behandlungsmittel für Holz oder andere Werkstoffe auf Cellulosebasis dienen und so deren Beständigkeit erhöhen. Dies betrifft insbesondere die Kombination erfindungsgemässer Aminopolyorganosiloxane mit Flammschutzmitteln, Insektiziden oder Farbstoffen, vor allem solche Verbindungen, die bevorzugt in einem hydrophoben Milieu stabil sind oder dort zurückgehalten werden.The novel aminopolyorganosiloxanes can also serve for the physical and / or chemical bonding of conventional treatment agents for wood or other materials based on cellulose and thus increase their stability. This relates in particular to the combination of novel aminopolyorganosiloxanes with flame retardants, insecticides or dyes, especially those compounds which are preferably stable or retained in a hydrophobic environment.
Überdies können mit erfindungsgemässen Aminopolyorganosiloxane behandelte Hölzer belastbarere Oberflächen aufweisen, d. h. beispielsweise härtere und/oder abriebfestere Oberflächen.Moreover, woods treated with aminopolyorganosiloxanes according to the invention may have more resilient surfaces, i. H. For example, harder and / or more abrasion resistant surfaces.
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