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非离子型石蜡乳液增强防腐木材尺寸稳定性的研究

阅读次数:449 - 发布时间:2017/9/18 16:52:34

非离子型石蜡乳液增强防腐木材尺寸稳定性的研究

*谢桂军1 李晓增2 王剑菁1 莫志广1

( 1. 广东省林业科学研究院,广东 广州 510520; 2. 广东省广州质量监督检测研究院,广东 广州 510725)

摘要 以马尾松、厚荚相思木材为研究对象,将配方优化的非离子型石蜡乳液稀释液及其与木材防腐剂的混合液分别处理木材,增强木材的尺寸稳定性能。研究表明,制备的非离子石蜡乳液平均粒径 0. 107 μm,木材渗透性能好; 经石蜡乳液处理的马尾松木材尺寸稳定性可达 85% ; 石蜡乳液能分别与 CCA、ACQ 木材防腐剂混溶达到稳定状态,耐强酸强碱; 石蜡乳液对 ACQ 木材防腐剂的载药量影响不显著。

关键词 石蜡乳液; 非离子型; 木材防水; 乳化

中图分类号: S781. 62 文献标识码: A 文章编号: 1006 - 4427( 2014) 06 - 0030 - 04


防腐木材是指运用真空加压技术将木材防腐剂浸渍入木材中而形成的产品,保持了木材原有的高强重比、易加工等优良性能,也较未处理材获得了更强的防腐抗虫蚁性能[1],拥有更长的服务年限,契合当代对可持续环境发展的关注,越来越受重视,在现代生活中占据着越来越重要的地位,缓解了木材供需矛盾。然而,当前的木材防腐技术不能有效地解决木材的尺寸稳定性差的问题,一般往往通过添加憎水剂、油漆处理、树脂浸渍处理、加热处理等方法达到提高木材尺寸稳定性和增强防腐性能的目的[2-7]。石蜡与木材防腐剂复合处理提高木材的尺寸稳定性是目前最经济实用的方法,各种乳化石蜡技术纷纷被研究[8-11]。目前研发的石蜡乳液,一方面存在渗透不均匀、费事和浪费原料等问题[12],另一方面也存在与防腐剂不兼容的问题,寻找合适的石蜡乳化技术显得非常有必要[13]。本研究在常规的木材防腐处理技术条件下,用自配的非离子石蜡乳液与常用型 CCA、ACQ 木材防腐剂进行复配处理,在有效增强木材防腐性能的同时,也提高了木材的尺寸稳定性。


1 试验材料与仪器设备

1. 1 试验材料

1. 1. 1 试验木材 试验木材为马尾松( Pinus massoniana) 和厚荚相思( Acacia crassicarpa) 木材,均有 2 批试材,小试材尺寸均为 20 mm( 长度) × 20 mm( 宽度) × 20 mm( 厚度) 、大试材尺寸均为 500 mm( 顺纹长) × 150mm( 宽度) × 25 mm( 厚度) 。

1. 1. 2 石蜡乳液 由广东省林业科学研究院自制的非离子型石蜡乳液,以 56#全精炼固体石蜡为主,添加 3种非离子表面活性剂,固体含量为 27% 。

1. 2 仪器设备包括 Mastersize 2000 激光粒度仪,X 射线能谱仪,原子吸收分光光度计,真空加压处理试验设备,电子天平,游标卡尺。

2 试验方法

2. 1 石蜡乳液的制备及其粒径分布测定

将表面活性剂与固体石蜡混熔,熔解之后进行搅拌,注入热水,降温出料,最终获得稳定的石蜡乳液。利用 Mastersize 2000 激光粒度仪测定石蜡乳液的粒径分布。

2. 2 尺寸稳定性测定

参照国家标准 GB /T 1934. 1—2009《木材吸水性测定方法》[14]、GB /T 1934. 2—2009《木材湿胀性测定方法》[15]及结合美国标准 AWPA E4—03《真空加压处理木材的防水试验方法》[16],检测防腐处理材的尺寸稳定性。把石蜡乳液浓度稀释为 1% ,3% ,5% ,7% ,9% ,将马尾松和厚荚相思木材小试材分别浸渍到石蜡乳液稀释液中,保持真空度 - 0. 09 MPa,30 min 后取出。将浸渍后的试件在 40 ℃的烘箱中烘干 1 周,取出用游标卡尺量取尺寸; 再浸泡至水中 30 min,取出再次量取尺寸,计算木材尺寸稳定性能。未处理试材也采取相同的尺寸量取方法。


2. 3 石蜡乳液与防腐剂稳定性测试

将浓度为 5% 的石蜡乳液分别与浓度为 1% 的木材防腐剂 CCA、ACQ 共混,在离心速度为 4 000 r /m 的条件下离心 30 min,肉眼观察分层现象。

2. 4 石蜡乳液对木材防腐剂渗透的影响

把稀释为 1% 、3% 、5% 、7% 、9% 的石蜡乳液分别与浓度为 1% 的 CCA、ACQ 复配,将复配液真空加压处理马尾松木材小试材,用游标卡尺量取木材的尺寸; 用电子天平称量马尾松小试材被处理前后的质量; 将处理后的试材放置在 40 ℃的烘箱中烘干至恒重,碾碎磨成粉末,消解处理,用 X 射线能谱仪及原子吸收分光光度计等测定木材中载药量的有效成分,得出木材的基本载药量,不计密度的影响。

将浓度为 5% 的石蜡乳液与浓度为 1% 的 ACQ 复配液真空加压处理马尾松、相思木材大试材,以浓度为1% 的 ACQ 真空加压处理大试材为对照。将处理后的试材放置在 40 ℃ 的烘箱中烘干至恒重,碾碎磨成粉末,消解处理,用 X 射线能谱仪及原子吸收分光光度计等测定木材中载药量的有效成分,得出木材的基本载药量,考虑密度的影响。

3 结果与分析

3. 1 石蜡乳液的粒径分析

针叶材的管胞直径分布是 20. 000 ~ 80. 000 μm,阔叶材管孔直径分布是 20. 000 ~ 300. 000 μm,构成了典型的毛细管系统[17]。由图 1 可知,制备的石蜡乳液的粒径区间分布集中在 0. 050 ~ 0. 317 μm,比重为98% ; 剩余石蜡乳液粒径的区间分布集中在 20. 000 ~ 89. 337 μm,比重为 2% ; 其平均粒径为 0. 107 μm,远小于木材的毛细管分布径级。陈利芳[1]和鲍甫成等[18]的研究表明,木材的渗透性与试件的尺寸无显著关联。由此认为,在毛细管张力梯度下,石蜡乳液由木材表面逐步往里渗透[19],尤其在外界的真空压力与毛细管张力的共同作用下,石蜡乳液更能顺利渗入木材中。

3. 2 石蜡乳液处理木材的尺寸稳定性

由图 2 可知,随着石蜡乳液稀释液浓度从 1% 增长至 9% ,马尾松木材尺寸稳定性由 77. 5% 增长到84. 3% ,相思木材尺寸稳定性由 16. 3% 增长到 71. 7% 。由此可知,随着石蜡乳液处理浓度增大,木材尺寸稳定性都呈增强趋势。

制备的石蜡乳液的粒径分布状态 经不同浓度石蜡乳液处理的木材尺寸稳定性

3. 3 石蜡乳液与木材防腐剂复配的稳定性

将兑水稀释成 5% 的石蜡乳液分别与 1% 的木材防腐剂 CCA、ACQ 共混,经离心测试后未见分层。说明该石蜡乳液具有较好的水溶性,这是因为其全部由非离子表面活性剂制成,能达到与强酸强碱混溶的状态。

3. 4 石蜡乳液对木材防腐剂渗透的影响

由表 1 可知,以马尾松木材为载体,石蜡乳液对浓度为 1% 的 CCA 的载药量有影响,随着石蜡乳液浓度的提高,CCA 在木材中的载药量逐渐降低,浓度为 1% ~ 7% 的石蜡乳液不影响防腐木材质量,浓度为 9% 的石蜡乳液则稍微降低了防腐木材质量。石蜡乳液对 ACQ 的载药量影响不显著,波动范围限制于 0. 2 kg /m3以内,不影响防腐木材的质量。

石蜡乳液与木材防腐剂复配液对小试材载药量的影响

由图 2、表 1 的试验结果,考虑到应用的效果和经济性,选择 5% 石蜡乳液作为与防腐剂复配的最佳浓度,进一步测试石蜡乳液与浓度为 1% 的 ACQ 复配液处理大尺寸木材,以浓度为 1% 的 ACQ 处理为对照。以浓度为 5% 的石蜡乳液复配进行处理后,马尾松和相思木材载药量分别为 4. 12 和 1. 47 kg·m - 3,对照处理后的马尾松和相思木材载药量分别为 4. 17 和 1. 65 kg·m - 3,5% 石蜡乳液基本不影响 ACQ 木材防腐剂的渗透性能。


4 结论

4. 1 自制的石蜡乳液的平均粒径为 0. 107 μm,粒径分布形态均一,远小于木材的毛细管分布径级,能够很好地渗透木材。

4. 2 经石蜡乳液处理的木材尺寸稳定性都增强,尺寸稳定性可达 85% 。

4. 3 石蜡乳液能分别与 CCA、ACQ 木材防腐剂混溶达到稳定状态。

4. 4 石蜡乳液对 CCA 木材防腐剂的载药量有影响,控制石蜡乳液浓度在 7% 以内,可以获得合格的防腐木材; 石蜡乳液对 ACQ 木材防腐剂的载药量影响不显著,9% 以内的石蜡乳液不影响防腐木材的质量。


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