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三代技术,让木材更“坚强”——木材防腐处理绿色化关键技术应用

发布时间:2023-01-29来源: 中国建材报

木材因其优美的纹理和色泽、易加工、强重比高、可调节室内温湿度等特性,深受人们喜爱,广泛应用于室内外装饰、家具和建筑中。然而,木材本身是一种生物材料,易受到真菌、细菌、昆虫等生物侵害而产生劣化,从而影响其使用质量和使用寿命。通过一定的物理、化学手段,对木材进行防腐处理,可减缓或防止生物劣化的发生,从而延长使用寿命,减少木材资源的浪费,是节约和高效利用木材资源的有效手段。

木材经过防腐处理一般可延长使用寿命5~10倍。按照我国目前商品木材年需求量1.5亿m³计算,如果木材防腐比例由现在的3%提高至10%,每年至少可多节约木材4000万m³,约占我国当前商品木材年需求量的四分之一。

由此可见,木材防腐处理作为我国木材资源不足的“节流”措施,对保护森林资源,实现木材的可持续利用,保障国家木材安全,具有极大的现实意义和战略价值。

摒弃第一代:保护健康与环境

我国的木材防腐工业由铁路枕木防腐起步,最初主要使用煤杂酚油、煤焦油等油类防腐剂。2000年以来,随着防腐木材从工业向民用市场的转变,以铬化砷酸铜(CCA)为代表的水载型防腐剂逐渐成为我国市场上最常用的木材防腐剂。

CCA防腐剂尽管具有防腐性能优良、价格低廉等优点,但此类防腐剂中含有致癌性化学物质铬、砷等重金属盐类,在防腐剂生产、木材防腐处理和防腐材使用过程中均有可能危害人身健康及环境质量。同时,CCA防腐处理材在废弃后缺乏有效的处理途径。因此,美国、欧洲、日本等国家和地区均已经禁止或限制CCA处理材的使用。

然而,我国防腐木市场现阶段仍然以CCA防腐剂为主,相关技术发展仍比较滞后,如何通过技术优化与升级实现我国木材防腐产业的绿色化发展是亟需解决的问题。

完善第二代:提升抗流失性

现阶段,在市场上用于替代CCA防腐剂的新一代木材防腐剂主要为氨溶季胺铜(ACQ)和铜唑(CA),其主要成分为铜和有机生物杀灭剂,不含有铬和砷等重金属元素。但也正是由于缺少此类重金属元素,ACQ和CA在木材中的固着能力较差,在与水或土壤接触的条件下易发生流失,从而对土壤或水体造成一定程度的污染,同时影响处理材的防腐效果。

针对此问题,北京林业大学曹金珍教授团队发明了热水后处理法、微波后处理法、热空气/蒸汽干燥后处理法等加速铜在木材中固着的普适方法,并开发了防水剂增效铜基防腐剂的新工艺。这一系列方法提高了生产效率,降低了铜基防腐剂的流失率,延长了防腐处理材的使用寿命,减少了防腐处理材对环境的不良影响,为新型铜基防腐剂的推广提供了新方向。

而另一类环境友好的木材防腐剂——硼类防腐剂,由于其极易流失,以往只能在室内环境中使用。曹金珍教授团队开发出一种无机硼酸盐与季铵盐用两步法处理木材的复合防腐处理工艺,木材内原位合成的季铵硼盐可通过与木材中的纤维素和木质素上的羟基、羧基等发生阳离子交换作用实现固着,显著提高了这种硼酸盐的抗水流失性,硼的流失率可从接近100%降低至10%。这一技术扩大了硼基木材防腐剂的使用范围,为硼基木材防腐剂替代传统含铜防腐剂,进一步提高木材防腐技术的环保性提供了技术支持。

开发第三代:稳定长效、绿色环保

近年来,美国市场已开始使用不含金属成分的第三代环保水载型有机防腐剂(Ecolife系列产品),并获得了市场的广泛认可。但是,该类防腐剂具有很强的技术壁垒,如何选择合适的有机类防腐剂并选择合适的助剂制成水载型产品均需摸索。

经过一段时间的技术攻关,曹金珍教授团队发明了低毒、高效的异噻唑啉酮有机防腐剂微乳液,不含毒性有机溶剂和金属成分,对环境友好,平均粒径在40nm左右,具有优异的稀释稳定性、储存稳定性、离心稳定性和热稳定性,对木材高渗透且制备工艺简单、安全。该微乳液型水载有机防腐剂具有优异的抗水流失性能,处理浓度为0.10%时即可有效阻止腐朽菌的生长。此外,与含铜防腐剂不同,此类防腐剂使用后不会改变木材的表观材色,可以更好地保留木材天然的质感。该技术现已与相关企业进行合作推广,可用于实木阳台、重组竹、木托盘等多种领域。

环境友好型微乳液型水载有机防腐剂的研发与推广,扩大了现有木材防腐剂产品种类,弥补了我国相关产品的空白,推进了木材防腐剂绿色化的发展进程。



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