木材是一種天然有機材料,具有明顯的生物特性,易被菌、蟲、海生鉆孔蟲等生物侵襲。在使用前,根據不同的應用環境,選用合適的防腐劑,進行恰當的處理,則可以有效地延緩木材腐朽。隨著人們生活水平的提高,對木材的需求量也日益增加。我國可采伐使用的森林資源十分有限,寄希望于使用大量外匯進口木材也是不現實的。立足于國內,充分利用現有資源,走可持續發展之路,是我國木材工業發展的必由之路。對木材進行防腐處理,延長木制品的使用年限,是節約木材、保護森林資源的重要途徑之一。我國目前經防腐處理后使用的木材很少,且大多使用的是對人類和環境危害大的傳統的木材防腐劑。因此了解木材防腐劑進展,研制和開發新型木材防腐劑是十分必要的。
傳統防腐劑研究與使用概況
到目前為止,最為常用防止木材腐朽的方法還是用化學藥劑防腐。當前使用最多的是水溶性防腐劑,約占防腐劑使用總量的3/4。水溶性防腐劑主要有:銅鉻砷(CCA)、銅鉻硼(CCB)、氟鉻酚砷(FCAP)、氨溶砷酸銅(ACA)、酸性鉻酸銅(ACC)等。這些藥劑已經得到了廣泛應用,其中CCA的使用量最大,約占水溶性防腐劑使用量的60%。目前,有關CCA的工作主要是CCA在木材中的固化和微觀分布研究。
由于單一防腐劑抗木腐菌、蟲的范圍比較狹窄,現在一般將兩種或幾種防腐劑按一定比例混合,不但可以克服單一防腐劑使用時的不足之處,而且還會產生一些新的特性。目前,復合防腐劑已在世界各國得到了最廣泛的應用,并取得了很好的效果。
新型木材防腐劑的研究進展
由于傳統防腐劑存在諸多不足,迫使人們研究和尋找對人畜無害、對環境無污染、僅對微生物有毒的新型防腐劑。符合上述要求的防腐劑較多,目前研究較多的包括水溶性的烷基銨類化合物(AAC)、氨溶烷基胺銅(ACQ)、硼化物、二甲基二硫代氨基甲酸銅(CDDC)和油溶性的百菌清(CTL)、有機碘化物(IPBC)等。
2.1新型水溶性防腐劑
2.1.1氨溶烷基胺銅(ACQ,Ammoniacal Copper Quats)
ACQ是美國CSI公司研制的木材保護劑,通過了美國環保部門的認可,并進行了標準化工作,列入了AWPA標準,主要在加拿大、美國等國生產,已作為新一代木材保護劑投入商業應用。
根據AWPA標準所列,ACQ有3種類型,即ACQ-A、ACQ-B和ACQ-D。其中,ACQ-A和ACQ-B于1992年列入AWPA標準P5,ACQ-D于1995年列入AWPA標準P5。A型和B型的差異僅是銅和季銨鹽的比率不同。在D型中沒有了氨氣的揮發,改善了操作條件,降低了成本,并且處理材不變色。
商品ACQ原液為深藍色,在進行防腐處理時,會有刺激性的氣體揮發出來。ACQ有較好的滲透性,對大規格木材處理十分有效。如對于較難浸透的杉木,邊材(105mm×105mm×1000mm)的浸潤率可達100%,注入量達300kg/m3(濕質量)以上;原木(直徑100mm,長1000mm)注入量達500kg/m3(濕質量)以上。室內實驗表明:經ACQ處理的木材,當保持量為0.7kg/m3時(以銅計),其質量損失率低于10%,吸濕性與未處理的之比為0.88,對鐵釘的腐蝕性與未處理的之比為1.42。當保持量達到7.0kg/m3時(以銅計),經野外實驗,5a僅有輕微腐朽,而沒有任何處理的對照組3a地下部分就完全腐朽了。另外,ACQ還可用于鐵路枕木的處理,效果很好。由于ACQ在處理過程中有揮發性氣體,操作人員需要防護裝備。
ACQ具有如下優點:①具有良好的防霉、防腐、防蟲的性能;②對木材具有良好的滲透性,可用來處理大規格、難處理的木材和木質品;③抗流失性,具有長效性;④低毒不含砷、鉻、酚等對人畜有害的物質。ACQ已成為取代目前在世界各國廣泛使用的CCA的新一代木材保護劑,現已在美國、日本和東南亞等國家投入使用。而國內目前只有鐵道部鷹潭木材防腐廠的”中鐵ACQ木材防腐劑”評估獲得通過。
2.1.2 烷基銨化物(AAC)
烷基銨化物(AAC)是第三級銨鹽和第四級銨鹽的總稱,它對廣泛圍的生物有效力、對環境的影響小、自然降解性好,處理后的木材外觀和加工性能與未處理材相似,頗有應用潛力,該藥劑于1998年再次列入AWPA標準P8。AAC作為木材防腐劑為水溶性的,與銅鉻砷類防腐劑價格相近,但其抗流失效力較銅鉻砷類防腐劑低。
在烷基銨化物中,季銨鹽用作木材防腐劑的研究較多。季銨鹽本是一種陽離子表面活性劑,自從半個多世紀前Domagk G發現含有長鏈烷基的季銨鹽具有強力的殺菌性能以來,被逐步引入到木材保護行業。作為木材防腐劑用季銨鹽的篩選圍繞著以下幾個方面進行:
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