多孔材料(如纤维素材料)需加以保护以防止昆虫侵袭、腐烂以及浸水，从而有助于保存纤维素材料的物理特性。这类纤维素材料的一个实例是木材。已知多种处理剂以及保存方法可保存纤维素材料。
现代保存方法通常涉及用处理剂压力处理纤维素材料。压力处理通常使处理剂渗透纤维素材料的整个多孔结构中。处理剂通常是一种为了赋予纤维素材料所期望物理特性而选择的化合物。例如，增强纤维素材料硬度、增加纤维素材料耐水性以及改进纤维素材料尺寸稳定性的处理剂是令人感兴趣的。木材在水中能够吸收高达其重量的100％，从而引起木材膨胀，这使得在通过蒸发失去水之后，引起木材收缩。这个水吸收/蒸发过程是不均匀的并且在木材中形成内应力，导致裂开、翘曲、弯成弓形、弯曲、扭曲、卷曲等。另外，水可以充当降解纤维素材料的生物体(如昆虫或真菌)的路径。驱赶昆虫或使真菌形成减到最少或改进纤维素材料整体耐久性的处理剂是令人感兴趣的。此外，处理剂能够改进抗风性、紫外辐射抗性、高温和低温下的稳定性、抗害虫性、耐火性以及可能影响纤维素材料物理特性的其它问题。
期望一种改进的纤维素材料处理剂。
技术实现要素：
一种经处理的纤维素材料，其包含：纤维素材料，其具有界定多个孔的多孔结构，所述纤维素材料包含木材，所述木材包括木材或木材复合材料，所述孔的至少一部分含有处理剂，所述处理剂包含：包含水溶性多元醇的聚合物；和包含疏水性聚亚烷基多元醇的改性剂。
一种用于制备经处理的纤维素材料的方法，其包含：提供纤维素材料；第一处理方案，其包含用聚合物浸渍所述纤维素材料，所述聚合物包含水溶性多元醇；以及第二处理方案，其包含用改性剂浸渍所述纤维素材料，所述改性剂包含疏水性聚亚烷基多元醇。
具体实施方式
如本文所用，术语“多孔材料”是指可渗透的材料，以使得流体可借助于孔或其它通道而流经其中。多孔材料的一个实例是纤维素材料。多孔材料的其它实例包括石头、混凝土、陶瓷和其衍生物。如本文所用，术语“纤维素材料”是指包括纤维素作为结构组分的材料。纤维素材料的实例包括木材、纸、纺织品、绳索、颗粒板以及其它生物和合成材料。如本文所用，木材包括实木和所有木材复合材料(例如硬纸板、工程化木制品等)。纤维素材料通常具有界定多个孔的多孔结构。
如本文所用，除非另外指明，否则短语“分子量”是指重均分子量。在某些情况下，通过gpc(凝胶渗透色谱法)测量分子量。
“经处理的纤维素材料”是一种已经用处理剂处理以修改纤维素材料的特性的纤维素材料。由处理剂修改的特性包括但不限于：增强的疏水性、尺寸稳定性、抗真菌性、抗昆虫性、硬度、表面外观、uv稳定性、耐火性以及可涂布性。通过降低水吸收和蒸发速率来增强纤维素材料的疏水性可提供其它辅助益处，如尺寸稳定性，从而降低膨胀和收缩的内应力。
“处理剂”是当与纤维素材料组合时修改纤维素材料的特性的物质。在一种情况下，处理剂包含聚合物和改性剂两者。处理剂被施加到纤维素材料上。向纤维素材料施加处理剂的一种方法是通过使用压力处理进行浸渍。在一种情况下，聚合物作为溶液的一部分施加到纤维素材料上。已知施加处理剂的其它方法，如刷涂、喷涂、浸涂、浸泡以及挤压。一旦施加，处理剂将渗透纤维素材料的表面。
如本文所使用，在如丙烯酸酯的另一术语之前使用术语“(甲基)”是指丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯两者。举例来说，术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；术语“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸类或甲基丙烯酸类；并且术语“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸或甲基丙烯酸。
如本文所用，聚合物是指由一种或多种类型的单体形成的分子。
在一种情况下，聚合物包含水溶性多元醇。如本文所用，“水溶性”意指溶液在水中具有至少10重量％的多元醇，而没有相分离、沉淀或固体残余物。在一种情况下，水溶性多元醇是具有2个或更多个羟基的聚合物。水溶性多元醇的实例包括聚乙二醇、聚乙烯醇、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、乙氧基化甘油、乙氧基化三羟甲基丙烷或乙氧基化糖。在一种情况下，选择分子量小于10000的水溶性多元醇。在一种情况下，选择分子量小于2000的水溶性多元醇。在一种情况下，选择分子量小于1500的水溶性多元醇。在一种情况下，选择分子量为至少300的水溶性多元醇。在一种情况下，选择分子量小于1000的聚乙二醇。carbowaxtm聚乙二醇1000(陶氏化学公司(thedowchemicalcompany))是可商购聚乙二醇的一个实例。就共聚物而言，其可以是无规、嵌段或接枝共聚物。如本文所用，共聚物是指通过合并两个或更多个单体所形成的聚合物。共聚物的实例包括二元共聚物、三元共聚物、四元共聚物和其它更高阶的共聚物。
在一种情况下，聚合物是水性溶液的组成部分。在一种情况下，溶液为包含聚合物、水和任选地有机溶剂的介质。制备聚合物溶液，使得水溶性聚合物溶液的粘度适于渗透纤维素材料的孔以通过纤维素材料分布。在一种情况下，溶液的粘度在环境温度下为10cp至5000cp。在一种情况下，溶液的粘度在环境温度下小于500cp。在一种情况下，水溶性聚合物溶液还包含一种或多种添加剂。在一种情况下，溶液的聚合物含量为1至75重量％。在一种情况下，溶液的聚合物含量为5至60重量％。在一种情况下，溶液的聚合物含量为10至55重量％。在一种情况下，溶液的聚合物含量为15至50重量％。在一种情况下，溶液的聚合物含量为25至45重量％。在一种情况下，溶液的聚合物含量为30至40重量％。在一种情况下，溶液包括溶剂，例如有机溶剂，例如氧化溶剂、烃溶剂、卤化溶剂或其组合。
改性剂是当添加到多孔材料中时改进多孔材料特性的物质。在一种情况下，改性剂为疏水性聚亚烷基多元醇。疏水性聚亚烷基多元醇可以是环氧乙烷(“eo”)、环氧丙烷(“po”)或环氧丁烷(“bo”)的无规或嵌段共聚物，或po或bo的聚合物。或者，疏水性聚亚烷基多元醇可以是醇或酚引发的聚合物或eo、po或bo的无规或嵌段共聚物。可用于本发明实施例的疏水性聚亚烷基多元醇为由一种或多种选自由以下组成的组的引发剂引发的聚醚多元醇：醇(即一元醇)、二元醇和多元醇。示例性的一元醇引发剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、新戊醇、异丁醇、癸醇、2-乙基己醇等，以及衍生自天然和石化来源的具有11个碳原子至22个碳原子的高级无环醇。示例性的二元醇引发剂包括单乙二醇、单丙二醇、丁二醇、二甘醇或二丙二醇。示例性的多元醇引发剂包括甘油、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇或糖(例如山梨糖醇)。可用于本发明实施例的其它疏水性聚亚烷基多元醇包括疏水性聚丁二烯多元醇、环氧乙烷/环氧丙烷/环氧丁烷共聚物、聚丙二醇、聚丁二醇或聚四亚甲基二醇。在一种情况下，疏水性聚亚烷基多元醇的分子量小于100,000。在一种情况下，疏水性聚亚烷基多元醇的分子量小于10,000。在一种情况下，疏水性聚亚烷基多元醇的分子量为100至10,000。在一种情况下，疏水性聚亚烷基多元醇的分子量为500至1,500。ucontmosp基础油(例如osp-150和osp-32)为合适的疏水性聚亚烷基多元醇(购自陶氏化学公司)。在一种情况下，使用的纯净改性剂。
在一种情况下，改性剂是溶液的组成部分。在一种情况下，溶液是包含改性剂和有机溶剂的介质，所述有机溶剂例如含氧溶剂、烃溶剂、卤代溶剂或其组合。异丙醇、甲醇(“meoh”)、二甲基甲酰胺(“dmf”)和丙酮是合适溶剂的实例。在一种情况下，溶液还包含一种或多种添加剂。在一种情况下，溶液的改性剂含量为5至75重量％。在一种情况下，溶液的改性剂含量为10至75重量％。在一种情况下，溶液的改性剂含量为15至75重量％。在一种情况下，溶液的改性剂含量为20至75重量％。在一种情况下，溶液的改性剂含量为25至75重量％。在一种情况下，溶液的改性剂含量为30至75重量％。制备纯疏水性聚亚烷基多元醇或改性剂溶液的改性剂，使得改性剂的粘度适于渗透纤维素材料的孔以通过纤维素材料分布。在一种情况下，改性剂的粘度在环境温度下为10cp至5000cp。在一种情况下，溶液的粘度在环境温度下小于500cp。
在一种情况下，将包含聚合物的水溶液与包含改性剂的溶液组合，以允许在单个步骤中处理多孔材料。当组合溶液时，选择与两种溶液相容的合适溶剂。异丙醇、meoh、dmf和丙酮是合适溶剂的实例。
处理剂与纤维素材料组合。在一种情况下，如本文所述，通过压力处理将处理剂引入到纤维素材料中。在另一种情况下，处理剂通过本领域中已知的其它技术引入纤维素材料中，例如刷涂、浸涂、浸泡、喷涂以及挤压。处理剂变得浸入纤维素材料的至少一部分孔中，且由此增加了纤维素材料的重量。在一种情况下，聚合物使纤维素材料的重量增加了1至80％(如将纤维素材料干燥之后所计算)。在一种情况下，处理剂(聚合物与改性剂的组合)使纤维素材料的重量增加了5至大于100％(如将纤维素材料干燥之后所计算)。
在一种情况下，处理剂包含一种或多种添加剂。添加剂可以作为含有聚合物的溶液的一部分、作为改性剂的一部分而包括，或可以与其分开地包括。已知用来为经处理的纤维素材料增添特性的添加剂是合适的，例如阻燃剂、分散剂和/或染料。例如，添加剂可以是有机化合物、金属化合物或金属有机化合物。在一种情况下，添加剂是一种改进聚合物对木材的润湿或渗透的材料，例如在分散液中稳定的溶剂或表面活性剂(阴离子、阳离子或非离子型)。添加剂的实例包括溶剂、填充剂、增稠剂、乳化剂、分散剂、缓冲剂、颜料、渗透剂、抗静电剂、气味物质、腐蚀抑制剂、防腐剂、渗硅剂、流变改性剂、抗沉降剂、抗氧化剂、其它交联剂(例如二元醇和多元醇)、光学增亮剂、蜡、聚结剂、杀生物剂以及消泡剂。这种填充剂可包括二氧化硅，ca(oh)2或caco3。此外，处理剂可以与木材防腐剂结合使用，所述木材防腐剂含有例如铜-氨、铜-胺、铜-氨-胺复合物、季铵化合物或其它系统。例如，处理剂可以与碱性铜-季铵(acq)防腐剂系统一起使用。处理剂也可以与使用锌盐或含硼化合物的木材防腐技术一起使用。任选地，可以向处理剂中添加其它添加剂，如杀昆虫剂、杀白蚁剂以及杀真菌剂。在一种情况下，添加剂作为分散液的一部分而包括在内，并且与分散液形成稳定的悬浮液。在一种情况下，向分散液中添加一种或多种表面活性剂。在一种情况下，选择能够降低聚合物在纤维素材料表面处胶凝的表面活性剂。在一种情况下，选择能够增加浸渍在纤维素材料中的聚合物的量的表面活性剂。例如，合适的表面活性剂可以是非离子、阴离子或阳离子型。非离子型表面活性剂的实例包括：烷氧基化醇、烷氧基化烷基酚、脂肪酸酯、胺和酰胺衍生物、烷基聚葡糖苷、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物，多元醇和烷氧基化多元醇。例如，非离子型表面活性剂是可商购自陶氏化学公司的tergitoltml-62。阴离子型表面活性剂的实例包括：烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、硫酸化烷醇酰胺、α-烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐、磺基琥珀酸盐、脂肪酸盐和磷酸酯。例如，阴离子型表面活性剂是可商购自陶氏化学公司的dowfaxtmc10l。阳离子型表面活性剂的实例包括烷基三甲基铵盐。
在一种情况下，纤维素材料通过在环境压力下浸泡而制备成经处理的纤维素材料。在一种情况下，通过压力处理将纤维素材料制备成经处理的纤维素材料。用于压力处理纤维素材料的压力可以高于或低于大气压力。在一种情况下，压力比环境压力低例如0.0001至0.09mpa(0.75至675mmhg)。在另一种情况下，压力比环境压力大例如0.1至1.7mpa(750至12750mmhg)。设想所属领域领域中已知的压力处理方法适合于用处理剂浸渍纤维素材料。压力处理的温度可以在一定温度范围内(例如环境温度至150℃。)进行
在一种情况下，经处理的纤维素材料根据至少第一处理方案和第二处理方案来制备。在一种情况下，第一处理方案包含用聚合物浸渍纤维素材料。第一处理方案包含以下步骤中的一个或多个：(a)使纤维素材料在容器中沉积；(b)使容器在真空下保持5至60分钟；(c)将聚合物引入容器中；(d)将容器加压到1.03mpa维持5至60分钟；(e)排放过量聚合物；(f)任选地通过真空去除过量聚合物和(g)将纤维素材料在20至60℃下风干24至48小时。在一种情况下，聚合物是水性分散液的一部分。在一种情况下，步骤(d)在环境压力下进行。
在一种情况下，第一处理方案的产物随后根据第二处理方案制备，所述第二处理方案用改性剂浸渍纤维素材料。第二处理方案包含以下步骤中的一个或多个：(a)使根据第一处理方案制备的纤维素材料在容器中沉积；(b)将改性剂引入容器中；(c)将容器保持在真空或增加的压力下5至60分钟；(d)任选地通过真空去除过量改性剂；和(e)将纤维素材料在60℃下风干24至48小时。
若干个干燥步骤可以在一系列温度下进行，其中风干步骤的持续时间与温度成比例。合适的风干温度在室温(约20℃)与180℃之间。干燥可以在空气、氮气或其它合适的气氛中进行。
使用水浸测试，根据美国木材保护协会标准e4-11程序(《经过压力处理的木材的拒水性标准测试方法(standardmethodoftestingwaterrepellencyofpressuretreatedwood)》)来测定经处理的纤维素材料的拒水性。水浸测试包括：首先，提供包含如本文所述制备的经处理的纤维素材料的经处理薄片，与包含根据本文所述第一处理方案处理(但分散液用蒸馏水替换)的纤维素材料的对照薄片；第二，测量经处理薄片和对照薄片两者的切向尺寸，以得到初始切向尺寸(t1)(其中切向尺寸垂直于纤维素材料的颗粒方向)；第三，将经处理的薄片和对照薄片两者都放入维持在65±3％相对湿度和21±3℃的调节室中，直到实现恒重；第四，将经过处理薄片和对照薄片两者都浸没于24±3℃的蒸馏水中30分钟；和第四，从水中去除后，测量经过处理薄片和对照薄片两者的切向尺寸，以得到后切向尺寸(t2)。
don是指聚合物中的羧酸官能团的中和度。
每个单独薄片(经处理的薄片和对照薄片两者)的膨胀百分比(s)计算如下：
在本文的每个实例中，对照薄片的膨胀百分比是3.0％。
拒水效率(wre)用于测定处理剂向经处理的纤维素材料添加拒水特性的有效性。wre计算如下：
s1是指未经处理的薄片的膨胀百分比；s2是指经处理的薄片的膨胀百分比。根据e4-11，对于大多数户外应用，最小wre为75％是优选的。
以下实例说明本公开的某些方面，但是本公开的范围不限于以下实例。
材料
peg1000是可商购的聚乙二醇，在商标carbowaxtm下购自陶氏化学公司。将peg1000溶解在水中以得到30重量％溶液。在本文中称为“peg1000”。
异丙醇可商购自陶氏化学公司在本文中称为“ipa”。
ucontmosp-150是可商购的疏水性聚亚烷基二醇，其可购自陶氏化学公司。在一种情况下，osp-150与等份ipa混合以得到50重量％溶液，在本文中称为“osp-150溶液”。在一种情况下，osp-150是纯净使用的，在本文中称为“纯osp-150”。
ucontmosp-32是可商购的疏水性聚亚烷基二醇，其可购自陶氏化学公司。osp-32与等份ipa混合以得到50重量％溶液。在本文中称为“osp-32溶液”。
木材处理。提供五个南方黄松块(4cm*2cm*0.5cm)，如表1中所标记，四种如本文所述进行处理，并且一个是对照。将四个木块在抽空的parr反应器中通过环分别压下半小时，然后抽吸80ml表1中界定的第一处理剂。在氮气下将反应器加压至150psi并保持60分钟。然后将浸渍的木块置于60℃的空气烘箱中48小时。
将三个经处理的木块分别在抽空的parr反应器中通过环压下半小时，然后抽吸80ml表1中界定的第二处理剂。在氮气下将反应器加压至150psi并保持60分钟。然后将浸渍的木块置于60℃的空气烘箱中48小时。
通过用去离子水在35℃下洗涤木块8小时，然后在60℃的烘箱中干燥过夜进行浸出测试。然后按照awpase4-11程序进行干燥木材的尺寸稳定性，结果列于表1中。
表1
如上表所示，并且不受理论限制，用于在木材的孔周围形成保护层的改性剂(例如，疏水性聚亚烷基多元醇)的使用减慢了水溶性多元醇(例如，peg1000)通过水从细胞壁的萃取，因此与用水溶性多元醇的一步处理相比提供了显著更长的尺寸稳定期。