木材防腐剂的研究进展

木材防腐剂的研究进展 木材防腐剂的研究进展 木材是一种天然有机材料,具有明显的生物特性,易被菌,虫,海生钻孔虫等生物侵袭.在使用前,根据 不同的应用环境,选用合适的防腐剂,进行恰当的处理,则可以有效地延缓木材腐朽.随着人们生活水平 的提高,对木材的需求量也日益增加.我国可采伐使用的森林资源十分有限,寄希望于使用大量外汇进口 木材也是不现实的.立足于国内,充分利用现有资源,走可持续发展之路,是我国木材工业发展的必由之 路.对木材进行防腐处理,延长木制品的使用年限,是节约木材,保护森林资源的重要途径之一.我国目 前经防腐处理后使用的木材很少,且大多使用的是对人类和环境危害大的传统的木材防腐剂.因此了解木 材防腐剂进展,研制和开发新型木材防腐剂是十分必要的. 1 传统防腐剂研究与使用概况 到目前为止,最为常用防止木材腐朽的方法还是用化学药剂防腐.当前使用最多的是水溶性防腐剂, 约占防腐剂使用总量的 3/4[1].水溶性防腐剂主要有:铜铬砷(CCA),铜铬硼(CCB),氟铬酚砷(FCAP),氨 溶砷酸铜(ACA),酸性铬酸铜(ACC)等.这些药剂已经得到了广泛应用,其中 CCA 的使用量最大,约占水 溶性防腐剂使用量的 60%[1].目前,有关 CCA 的工作主要是 CCA 在木材中的固化和微观分布研究. 由于单一防腐剂抗木腐菌,虫的范围比较狭窄,现在一般将两种或几种防腐剂按一定比例混合,不 但可以克服单一防腐剂使用时的不足之处,而且还会产生一些新的特性.目前,复合防腐剂已在世界各国 得到了最广泛的应用,并取得了很好的效果. 2 新型木材防腐剂的研究进展 由于传统防腐剂存在诸多不足,迫使人们研究和寻找对人畜无害,对环境无污染,仅对微生物有毒 的新型防腐剂.符合上述要求的防腐剂较多,目前研究较多的包括水溶性的烷基铵类化合物(AAC),氨溶 烷基胺铜(ACQ) ,硼化物,二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)和油溶性的百菌清(CTL) ,有机碘化物 (IPBC)等. 2.1 新型水溶性防腐剂 2.1.1 氨溶烷基胺铜(ACQ,Ammoniacal Copper Quats) ACQ 是美国 CSI 公司研制的木材保护剂,通过了美国环保部门的认可,并进行了化工作,列入 了 AWPA 标准,主要在加拿大,美国等国生产,已作为新一代木材保护剂投入商业应用. 根据 AWPA 标准所列,ACQ 有 3 种类型,即 ACQ-A,ACQ-B 和 ACQ-D.其中,ACQ-A 和 ACQ-B 于 1992 年列入 AWPA 标准 P5,ACQ-D 于 1995 年列入 AWPA 标准 P5.A 型和 B 型的差异仅是铜和季铵盐 的比率不同.在 D 型中没有了氨气的挥发,改善了操作条件,降低了成本,并且处理材不变色[2]. 商品 ACQ 原液为深蓝色,在进行防腐处理时,会有刺激性的气体挥发出来.ACQ 有较好的渗透性, 对大规格木材处理十分有效.如对于较难浸透的杉木,边材(105mm×105mm×1000mm) 的浸润率可达 100%,注入量达 300kg/m3(湿质量)以上;原木(直径 100mm,长 1000mm)注入量达 500kg/m3(湿 质量)以上.室内实验明:经 ACQ 处理的木材,当保持量为 0.7kg/m3 时(以铜计) ,其质量损失率低 于 10%, 吸湿性与未处理的之比为 0.88, 对铁钉的腐蚀性与未处理的之比为 1.42. 当保持量达到 7.0kg/m3 时(以铜计) ,经野外实验,5a 仅有轻微腐朽,而没有任何处理的对照组 3a 地下部分就完全腐朽了.另外, ACQ 还可用于铁路枕木的处理,效果很好.由于 ACQ 在处理过程中有挥发性气体,操作人员需要防护装 备[3]. ACQ 具有如下优点:?具有良好的防霉,防腐,防虫的性能;?对木材具有良好的渗透性,可用来 处理大规格,难处理的木材和木质品;?抗流失性,具有长效性;?低毒不含砷,铬,酚等对人畜有害的 物质.ACQ 已成为取代目前在世界各国广泛使用的 CCA 的新一代木材保护剂,现已在美国,日本和东南 亚等国家投入使用.目前,国内尚未研究和应用,一些学校和科研单位已开始实验室研制. 2.1.2 烷基铵化物(AAC) 烷基铵化物(AAC)是第三级铵盐和第四级铵盐的总称,它对广泛围的生物有效力,对环境的影响小, 自然降解性好,处理后的木材外观和加工性能与未处理材相似,颇有应用潜力,该药剂于 1998 年再次列 入 AWPA 标准 P8[4].AAC 作为木材防腐剂为水溶性的,与铜铬砷类防腐剂价格相近,但其抗流失效力较 铜铬砷类防腐剂低. 在烷基铵化物中,季铵盐用作木材防腐剂的研究较多.季铵盐本是一种阳离子表面活性剂,自从半 个多世纪前 Domagk G 发现含有长链烷基的季铵盐具有强力的杀菌性能以来, 被逐步引入到木材保护行业. 作为木材防腐剂用季铵盐的筛选围绕着以下几个方面进行: ?杀菌的广谱性,即产品对多种木腐菌具有较强的杀灭和抑制能力; ?产品的毒性要小,生物降解性要好,对环境没有不良影响; ?产品在水中溶解性能要好,耐光和热,贮存稳定性要好; ?表面张力要小,浸润,渗透性要强; ?与其它防腐剂和杀虫剂的配伍性要好. 目前季铵盐防腐剂已经发展了多代.在一些发达国家,广泛用作木材防腐剂和木材防变色剂,有些 品种还可用作防虫剂.在详细研究了季铵盐类化合物的结构与杀菌力之间的关系后,认为二甲基二癸基氯 化铵(DDAC)是最具应用前景的木材防腐剂和抗变色的药剂. DDAC 对木材具有天然亲和力, 通过阳离子交 换作用固定在木材上,可作与地面接触场合的木材防腐剂,但其固定速度较慢,一般需两周.已在欧美一 些国家注册使用. 国外 DDAC 的研究主要集中于与其它药剂的复合用作防腐剂,防变色剂和防霉剂的应用方面,有关 防腐和杀菌机理等方面的基础研究还没有见到较为系统的报道.国内还没有开展 DDAC 在木材防腐方面的 应用研究. 2.1.3 硼化物 近年来,有关硼化合物的木材防腐剂日益增多.硼盐作为木材防腐剂,对危害木材的生物具有高毒 性同时,但对人畜低毒,且价格经济,已成为一类较为重要的防腐剂.AWPA 相关的防腐剂包括吡咯硼 (CBA-A,1995 年收入 P5 标准) ,无机硼(1995 年修正标准 P5)[5]. 硼化物处理后的木材表面洁净,无刺激性气味,对人畜和环境安全,其 pH 值接近中性,处理后木 材不变色,对力学强度影响较低,便于着色,油漆和胶合. 由于硼化物优点突出,在国内外已被广泛使用.但它单独使用时,很容易流失,处理后尺寸不稳定. 人们一般在硼化物防腐剂中加入一些助剂来帮助硼固着在木材上,这些助剂大多为一些高分子单体和聚合 物,如用乙烯单体,聚乙二醇和脲醛预缩液,高沸点树脂等,复配能提高硼的固着性能,抑制硼的流失, 并对木材的其它性能也有一定的改善.还有用一些天然物(蛋白质)和植物提取物(如类黄酮单宁)使硼 酸部分固定于木材上,提高了硼在木材中的持久性[6~9].也有采用简单的物理方法,仅在木材表面涂上树 脂,石蜡,醇酸树脂漆等防水剂,以防止或减少硼化物的流失. 2.1.4 二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC) 有关二甲基二硫代氨基甲酸铜 (CDDC) 的研究主要集中于美国图幽么蟮裙? 1994 年列入 AWPA 于 标准 P5.二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)是通过先用乙醇胺铜