ES2404660T3 - Composiciones hidrófugas para conservantes de la madera - Google Patents
Composiciones hidrófugas para conservantes de la maderaInfo
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Abstract
El uso, en el tratamiento repetitivo de la madera bajo presión, de una composiciónhidrófuga de emulsión de cera comprendiendo: a) una cera, b) un tensoactivo no iónico con un índice HLB mayor a 11, c) un tensoactivo aniónico comprendiendo sal de monoetanolamina de unácido carboxílico natural o sintético, presente en una cantidad eficaz paraestabilizar la composición; y d) agua.
Description
Composiciones hidrófugas para conservantes de la madera
REFERENCIAS CRUZADAS CON SOLICITUDES RELACIONADAS
[0001] Los beneficios de la solicitud provisional estadounidense con numero de serie 60/380.434, presentada el 14 de mayo de 2002, se reivindican aqui. ANTECEDENTES
[0002] Esta publicaci6n hace referencia en general a composiciones hidr6fugas de
emulsiones, incluyendo tales composiciones para su uso junto con conservantes de la
madera que contienen, por ejemplo, amoniaco de cobre, amina de cobre, complejos
amino-amoniaco de cobre, compuestos de amonio cuaternario, u otros sistemas. Por
ejemplo, las composiciones hidr6fugas de emulsiones son utiles en los sistemas
conservantes de amonio cuaternario de cobre alcalino (ACO).
[0003] Las siguientes caracterizaciones de ciertas patentes y publicaciones se facilitan
para la comodidad del lector. No existe reconocimiento de que las patentes o
publicaciones sean de la tecnica anterior, sean materiales o precisas, o que las
descripciones aqui facilitadas puedan utilizarse como suplemento de las revelaciones
de las patentes o publicaciones, que hablan por si mismas.
[0004] Las emulsiones de hidrocarburo se han utilizado junto con los conservantes de
la madera para proporcionar cualidades hidr6fugas y otros beneficios a la madera
tratada. La patente estadounidense 3.832.463 describe emulsiones de cera para
conservantes de la madera que contienen cromo hexavalente. La principal ventaja
declarada en esa patente es la buena compatibilidad con el conservante. Los
inconvenientes nombrados incluyen el uso de solvente de hidrocarburo que aporta
compuestos organicos volatiles (COV) y un alto coste, y posiblemente una pobre
estabilidad de corte.
[0005] La patente estadounidense 4.323.602 describe un proceso para elaborar una composici6n hidr6fuga y conservante lista para diluir para el tratamiento de la madera. La composici6n de la emulsi6n de cera de parafina utilizada para el proceso no se revela ni define.
[0006] La patente estadounidense 6.274.199 describe composiciones y procesos hidr6fugos para tratar la madera con conservantes y sustancias hidr6fugas en
procesos de un solo paso. La patente indica que se divulga un proceso y una emulsi6n hidr6fuga, que es estable bajo las condiciones del proceso, para un tratamiento mas profundo de especies de madera relativamente resistentes. La emulsi6n puede comprender:
- (i)
- aproximadamente 30-80 % del peso de agua;
- (ii)
- aproximadamente 10-50 % del peso de cera de hidrocarburo;
(iii) aproximadamente 0,5-20 % del peso de al menos un tensoactivo no i6nico;
- (iv)
- aproximadamente 0-10 % del peso de un tensoactivo ani6nico;
- (v)
- aproximadamente 0-10 % del peso de un tensoactivo anf6tero; y
- (vi)
- aproximadamente 0-30 % del peso de un aceite.
El ejemplo 1 de la patente '199 describe una formulaci6n preparada con los siguientes ingredientes:
Nonilfenoxipoli (etilenoxi) etanol (100 moles de 6xido de etileno) 3,89 % peso
- Nonilfenoxipoli (etilenoxi) etanol (15 moles de 6xido de etileno)
- 1,85 % peso
- Dodecilbenceno sulfonato de sodio
- 0,44 % peso
- Cera parafinica residual
- 25,00 % peso
- Aceite neutral
- 7,50 % peso
- Agua
- 61,32 % peso
[0007] Se describen acidos organicos disueltos en amoniaco en la patente estadounidense 2.768.910 para mejorar la propiedad hidr6fuga y otras propiedades fisicas de la madera tratada. La patente estadounidense 3.945.835 afirma que los acidos organicos disueltos en amoniaco pueden utilizarse junto con cobre disuelto en amoniaco y compuestos de cinc para impartir resistencia a la descomposici6n y propiedades hidr6fugas. De manera similar, WO87/06177 describe el uso de soluciones de colofonia amoniacal para el tratamiento de la madera. Las principales desventajas del uso de sales de amonio acido organico como sustancia hidr6fuga son sus caracteristicas de ineficacia y dificil manipulaci6n.
[0008] La patente estadounidense 4.681.910 publica composiciones de revestimiento hidr6fugo que contiene emulsiones de latex y cera. La selecci6n de tensoactivo para las emulsiones de cera no se indica como crucial. La patente alemana 2.415.843 public6 un agente de impregnaci6n hidr6fugo compuesto por cera de parafina, un acido graso, cera de abejas para la madera y otros materiales celul6sicos.
[0009] La preparaci6n de emulsiones de hidrocarburo utilizando tensoactivos no i6nicos, ani6nicos, cati6nicos, o anf6teros o sus mezclas es una tecnica reconocida en el campo de la ciencia de tensoactivos y emulsiones. El libro "Emulsions and Solubilization" de K. Shinoda y S. Friberg, Wiley-Interscience, 1986, declara que el indice HLB 6ptimo de tensoactivos no i6nicos para emulsiones de cera de parafina es
10. En la patente estadounidense 3.382.463, el indice HLB deseado se declara entre 7 y 11. Las sales de varios acidos grasos, comunmente conocidas como jabones, se utilizan normalmente como emulsionantes baratos para emulsiones hidr6fugas de cera en la industria de las tarimas de madera.
[0010] Otras patentes que pueden tener alguna relevancia son las patentes estadounidenses numero 4.465.613 y 4.497.919. [0011] Cuando las emulsiones de cera fueron preparadas de acuerdo con la informaci6n de emulsi6n reconocida, se descubri6 que a la vez que se mantenian estables en soluciones de conservantes recien preparadas de cobre alcalino, las emulsiones se deterioraban rapidamente tras cargas consecutivas de tratamiento de la madera. [0012] La presente invenci6n esta dirigida al uso repetitivo de una composici6n de emulsi6n de cera para tratar multiples cargas de madera con tal de aumentar su propiedad hidr6fuga. Hemos descubierto que una composici6n que comprende una cera, un tensoactivo no i6nico con un indice HLB mayor a 11, un tensoactivo ani6nico comprendiendo sal de monoetanolamina de un acido carboxilico natural o sintetico, presente en una cantidad eficaz para estabilizar la composici6n mientras se utiliza repetidamente para el tratamiento de la madera con presi6n, y el agua pueden usarse de manera efectiva en este sentido. [0013] Los ingredientes de las composiciones utilizados en el metodo de la invenci6n pueden mezclarse y procesarse en un concentrado de emulsi6n de cera estable utilizando las tecnicas de procesamiento conocidas como la homogeneizaci6n o la abrasi6n. La emulsi6n de cera puede tener una pequefa particula de fase no acuosa o de tamafo de gota para facilitar la penetraci6n en la madera a tratar y la estabilidad del almacenaje a largo plazo del concentrado de emulsi6n. [0014] Las emulsiones, al mezclarse con un conservante, pueden proporcionar una propiedad hidr6fuga buena a la madera tratada con el conservante. Ya que la absorci6n se reduce, la madera tratada puede ser menos propensa a la revisi6n y fisuraci6n de su superficie. Ademas, la reducci6n de la revisi6n de la superficie y la reducci6n del contenido humedo debido a la presencia de la sustancia hidr6fuga puede mejorar la actuaci6n de los sistemas conservantes en las aplicaciones exteriores del producto de madera tratada como en plataformas, verjas, y tablas. [0015] Sin la intenci6n de limitar la invenci6n reivindicada para su uso de acuerdo con esta teoria, se cree que la interacci6n de la emulsi6n y la madera, o mas probable, la interacci6n de la emulsi6n y los extractivos de madera bajo condiciones especificas del tratamiento de la madera con conservantes alcalinos como el ACO, es la responsable del deterioro de las emulsiones como resultado de un tratamiento repetido de la madera. Los compuestos de amonio cuaternario en ACO tambien se consideran responsables de la destrucci6n de las emulsiones de cera. Tambien se ha descubierto que la soluci6n elastica obtenida tras el proceso de tratamiento de la madera mediante vacio-presi6n, conocida como una soluci6n recuperada en la industria del tratamiento de madera, podria provocar el deterioro de las emulsiones bajo condiciones estaticas (no del tratamiento de la madera). Las soluciones recuperadas simuladas se utilizaron en la investigaci6n para predecir la estabilidad de varias emulsiones. [0016] Las composiciones utilizadas en la presente invenci6n pueden ser estables, opcionalmente a largo plazo, en contacto con cobre alcalino y particularmente con conservantes ACO bajo condiciones del tratamiento de la madera. La emulsi6n puede ser barata y proporcionar una buena propiedad hidr6fuga a la madera tratada. Las formulaciones divulgadas tambien son adecuadas para los conservantes que contienen compuestos de amonio cuaternario, como los compuestos de borato/amonio cuaternario con o sin insecticidas. [0017] Para las composiciones arriba mencionadas, la cera puede ser una cera de parafina del petr6leo, una cera natural, o una cera sintetica como la cera de polietileno
o cera de polietileno oxidado, o sus mezclas. La cera puede ser, por ejemplo, cera parafinica residual con un punto de fusi6n de 40 a 80°C, opcionalmente con un punto de fusi6n de 45 a 65°C. La cera esta presente en la cantidad de 5 a 40%, opcionalmente 10 a 25% basada en el peso de la formulaci6n.
[0018] La formulaci6n puede contener opcionalmente aceite de petr6leo o aceite natural como el aceite neutral o de linaza. El aceite de petr6leo puede tener un alto punto de ignici6n y un contenido insignificante de COV. El aceite, si se usa, puede estar presente en la cantidad de 1 a 5% basado en el peso de la formulaci6n, por ejemplo.
[0019] La formulaci6n tiene al menos un tensoactivo no i6nico en la cantidad de 1 a 10%, opcionalmente de 3 a 7% en base al peso. El componente tensoactivo no i6nico puede ser un unico tensoactivo o una mezcla de dos o mas tensoactivos no i6nicos, la mezcla teniendo los indices HLB apropiados. Los tensoactivos no i6nicos adecuados incluyen, sin caracter limitativo, nonilfenoles etoxilados, alcoholes etoxilados, aceite de ricino etoxilado, esteres de acido graso de polietilenglicol, y copolimeros de etilenglicol-propilenglicol. Los tensoactivos no i6nicos considerados incluyen nonilfenoles etoxilados y esteres de acido graso de polietilenglicol con indices HLB mayores a 11, alternativamente de 14 a 19, alternativamente de 15 a 18. Cuando se utilizan las mezclas de tensoactivos no i6nicos, el indice HLB de cada tensoactivo componente no tiene que entrar dentro de un intervalo marcado siempre que el sistema HLB, calculado en base a los porcentajes de los componentes y sus indices HLB, se encuentre dentro de un intervalo marcado. [0020] Se descubri6 de manera inesperada que las emulsiones tienen poca estabilidad en los sistemas conservantes de cobre alcalino, particularmente el ACO, cuando los tensoactivos no i6nicos tienen indices HLB considerados comunmente 6ptimos para las emulsiones de cera. Por ejemplo, las emulsiones que contienen nonilfenol etoxilado con 6 moles de 6xido etileno (como el Etal NP-6 de Ethox Chemicals, LLC, Greenville, SC, HLB = 10,9) ya que el tensoactivo no i6nico era inestable bajo ciertas condiciones de prueba. La estabilidad de la emulsi6n aument6 a medida que los indices HLB de los tensoactivos no i6nicos aumentaron. [0021] Se ha descubierto que la presencia de uno o mas tensoactivos ani6nicos ademas de los tensoactivos no i6nicos en la formulaci6n aumenta, y en algunos casos aumenta de manera drastica, la estabilidad de la emulsi6n de cera en un conservante de cobre alcalino, por ejemplo en un conservante ACO. El tensoactivo ani6nico esta presente en el intervalo de 0,2 a 10%, alternativamente 1-5 % en base al peso de la formulaci6n.
[0022] Los tensoactivos ani6nicos adecuados incluyen, sin caracter limitativo, metal alcalino (por ejemplo sodio o potasio), amonio, metal alcalinoterreo (por ejemplo calcio), o sales de amina organica o sulfonatos de alquilarilo, sulfonatos de alquilo, sulfatos de alcohol graso, acidos sulfocarboxilicos y derivados, acidos carboxilicos naturales o sinteticos o mezclas de cualquiera de los tensoactivos ani6nicos descritos. Los grupos alquilo o graso aqui definidos pueden tener desde 8 a 22 atomos de carbono, mas tipica y predominantemente desde 12 a 18 atomos de carbono. Los tensoactivos ani6nicos adecuados incluyen sodio, potasio, amonio, o sales de amina organica de acidos carboxilicos naturales o sinteticos como el acido estearico, acido miristico, acido palmitico, acido oleico, acido linoleico, acido isosterico, o acido alquenilsuccinico. Los tensoactivos ani6nicos tambien pueden ser sales de mezclas de acidos como acidos grasos de sebo o acidos grasos vegetales (como coco). La funci6n ani6nica del carboxilato tambien puede ser una parte integral de la cera como en el caso de la cera de polietileno oxidado. Los tensoactivos considerados incluyen
sales de monoetanolamina de acido oleico o acido isosterico.
[0023] El agua esta presente en la formulaci6n en el intervalo de 50 a 80%,
alternativamente en el intervalo de 60 a 70%. Los contenidos de agua fuera de este
intervalo tambien se consideran.
[0024] Opcionalmente, la formulaci6n contiene un micro-biocida para evitar el deterioro
biol6gico durante su almacenaje. La formulaci6n tambien puede contener
opcionalmente un colorante y otros agentes para mejorar las propiedades.
[0025] Las formulaciones presentes pueden utilizarse junto con conservantes de la
madera basados en cobre alcalino como carboxilatos de cobre amoniacal,
conservantes de cobre alcalino cuaternario (ACO) (cuando los compuestos de amonio
cuaternario pueden definirse como se establece en el siguiente parrafo), arseniato de
zinc de cobre amoniacal (ACZA), y conservantes basados en cobre-triazol.
[0026] Las formulaciones pueden emplear compuestos de amonio cuaternario
incluyendo cualquier ani6n adecuado, por ejemplo, haluro (como cloruro), sulfato,
alquilsulfato, carbonato, bicarbonato, y otros.
[0027] Los compuestos de amonio cuaternario considerados incluyen compuestos de
dialquil dimetil cuaternario de amonio con dos cadenas alquilicas, o compuestos alquil
bencil dimetil amonio cuaternario con una cadena alquilica, cada sustituyente de
alquilo en cada caso con una cadena alquilica de longitud media de 8 a 18 atomos de
carbono. Los grupos alquilo pueden ser residuos de acidos grasos, como fracciones
de alquilo de coco o alquilo de sebo. Los compuestos de amonio cuaternario
considerados incluyen alquil dimetil bencil amonio cloruro (ADBAC), didecil dimetil
amonio cloruro (DDAC), ADBAC mas boratos y DDAC mas boratos e insecticidas
como Imidacloprid de Bayer Corporation. Los boratos para los conservantes arriba
descritos incluyen, sin caracter limitativo, sales de sodio, potasio y amonio de acido
b6rico y poliboratos. Un borato considerado es el dis6dico octaborato tetrahidrato,
Na2B8O13-4H2O. Otros compuestos de amonio cuaternario conocidos por ser utiles
en composiciones de conservantes de la madera tambien se consideran aqui.
[0028] La emulsi6n hidr6fuga puede afadirse a la soluci6n del conservante para
tratamientos de un solo paso o alternativamente, la emulsi6n hidr6fuga puede
utilizarse como un tratamiento secundario que sigue al tratamiento con un conservante
de madera.
EJEMPLO 1
[0029] Un concentrado de emulsi6n se prepara mezclando los siguientes ingredientes
a 85°C seguido de la homogeneizaci6n en un Homogeneizador Gaulin. El tensoactivo ani6nico en este y otros ejemplos se realiza afadiendo acido oleico y monoetanolamina, que se cree forman un tensoactivo ani6nico in situ.
Cera parafinica residual 17,5% Aceite neutral 3,5% Nonilfenol etoxilado (9 moles de 6xido etileno) 2%
Nonilfenol etoxilado (15 moles de 6xido etileno) 3%
- Acido oleico
- 3,33%
- Monoetanolamina
- 0,72%
- Agua
- resto
EJEMPLO 2
[0030] Un concentrado de emulsi6n se prepara mezclando los siguientes ingredientes a 85°C seguido de a homogeneizaci6n en un Homogeneizador Gaulin.
Cera parafinica residual 17,5% Aceite neutral 3,5% Nonilfenol etoxilado (15 moles de 6xido 5% Acido oleico 3,33% Monoetanolamina 0,72% Agua resto
EJEMPLO 3
[0031] Un concentrado de emulsi6n se prepara mezclando los siguientes ingredientes a 85°C seguido por la homogeneizaci6n en un Homogeneizador Gaulin.
Cera parafinica residual 17,5% Aceite neutral 3,5% Nonilfenol etoxilado (20 moles de 6xido etileno) 5% EJEMPLO 4
- Acido oleico
- 3,33%
- Monoetanolamina
- 0,72%
- Agua
- resto
[0032] Un concentrado de emulsi6n se prepara mezclando los siguientes ingredientes a 85°C seguido por la homogeneizaci6n en un Homogeneizador Gaulin.
Cera parafinica residual 17,5% Aceite neutral 3,5% Nonilfenol etoxilado (15 moles de 6xido etileno) 1%
- Nonilfenol etoxilado (100 moles de 6xido etileno)
- 4%
- Acido oleico
- 3,33%
- Monoetanolamina
- 0,72%
- Agua
- resto
Los concentrados de emulsi6n obtenidos asi tienen un tamafo de particula medio ("particula" como se utiliza aqui se refiere a una particula s6lida, una gota de una fase dispersa, o ambas) o menos de 0,4 micrones (400 nm) y tienen una buena estabilidad para su almacenaje a largo plazo. El ejemplo siguiente ilustra el uso de la emulsi6n hidr6fuga en una soluci6n tipica de tratamiento de la madera.
EJEMPLO 5
[0033] Una soluci6n tipica de tratamiento de la madera que contiene el concentrado de emulsi6n de acuerdo con el Ejemplo 4 y con el conservante ACO se prepara de acuerdo con lo siguiente:
Emulsi6n de cera (de acuerdo con el Ejemplo 4) 4 % peso ACO 1,0 % peso ingrediente activo Agua resto
Despues del tratamiento con la soluci6n arriba descrita de acuerdo con las actividades industriales comunes seguidas por el secado, la madera tratada es resistente al deterioro por agua, la descomposici6n y los ataques de insectos.
EJEMPLO 6
[0034] El cambio de tamafo de particula de varias emulsiones en conservantes ACO en la presencia de soluciones "recuperadas" se presenta en el ejemplo. El efecto del tensoactivo sobre la estabilidad de la emulsi6n (representado por un aumento del ritmo lento de tamafo de particula media) esta ilustrado claramente.
- Ejemplo
- Tiempo de almacenaje (dias)
- 3
- 7 14 21
- Tamafo de particula medio de las emulsiones (micrones)
- Ejemplo 1
- 0,39 0,43 0,45 0,45
- Ejemplo 2
- 0,37 0,38 0,41 0,42
- Ejemplo 3
- 0,38 0,39 0,39 0,40
Claims (9)
- Reivindicaciones1. El uso, en el tratamiento repetitivo de la madera bajo presi6n, de una composici6n hidr6fuga de emulsi6n de cera comprendiendo: a) una cera, b) un tensoactivo no i6nico con un indice HLB mayor a 11,c) un tensoactivo ani6nico comprendiendo sal de monoetanolamina de un acido carboxilico natural o sintetico, presente en una cantidad eficaz para estabilizar la composici6n; yd) agua.
-
- 2.
- El uso de la composici6n de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el que la cera en la composici6n es cera parafinica residual.
-
- 3.
- El uso de la composici6n de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o 2, en el que el tensoactivo no i6nico en la composici6n comprende un nonilfenol etoxilado o un ester de acido graso de polietilenglicol con un indice HLB de 14 a 19.
-
- 4.
- El uso de la composici6n de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la emulsi6n de cera comprende un conservante de la madera.
-
- 5.
- El uso de la composici6n de acuerdo con la reivindicaci6n 4, en el que el conservante de la madera contiene un compuesto de amonio cuaternario.
-
- 6.
- El uso de la composici6n de acuerdo con la reivindicaci6n 5, en el que el compuesto de amonio cuaternario incluye compuestos dialquil dimetil de amonio cuaternario con dos cadenas alquilicas, o compuestos alquil bencil dimetil de amonio cuaternario con una cadena alquilica, cada substituyente de alquilo en cada caso con una longitud de cadena alquilica media de entre 8 y 18 atomos de carbono.
-
- 7.
- El uso de la composici6n de acuerdo con la reivindicaci6n 5, en el que el compuesto de amonio cuaternario es uno entre cloruro de alquil dimetil bencil amonio (ADBAC), cloruro de didecil dimetil amonio (DDAC), ADBAC mas boratos y DDAC mas boratos.
-
- 8.
- El uso de la composici6n de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 4 a la 7, en el que el conservante de la madera es un conservante basado en cobre alcalino.
-
- 9.
- El uso de la composici6n de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de tensoactivo ani6nico presente en la composici6n esta en el intervalo entre 0,2 y 10% de peso.
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