非離子型石蠟乳液增強(qiáng)防腐木材尺寸穩(wěn)定性的研究

*謝桂軍1 李曉增2 王劍菁1 莫志廣1

( 1． 廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520; 2． 廣東省廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510725)

摘要 以馬尾松、厚莢相思木材為研究對(duì)象，將配方優(yōu)化的非離子型石蠟乳液稀釋液及其與木材防腐劑的混合液分別處理木材，增強(qiáng)木材的尺寸穩(wěn)定性能。研究表明，制備的非離子石蠟乳液平均粒徑 0． 107 μm，木材滲透性能好; 經(jīng)石蠟乳液處理的馬尾松木材尺寸穩(wěn)定性可達(dá) 85% ; 石蠟乳液能分別與 CCA、ACQ 木材防腐劑混溶達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿; 石蠟乳液對(duì) ACQ 木材防腐劑的載藥量影響不顯著。

關(guān)鍵詞 石蠟乳液; 非離子型; 木材防水; 乳化

中圖分類號(hào): S781． 62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1006 － 4427( 2014) 06 － 0030 － 04

防腐木材是指運(yùn)用真空加壓技術(shù)將木材防腐劑浸漬入木材中而形成的產(chǎn)品，保持了木材原有的高強(qiáng)重比、易加工等優(yōu)良性能，也較未處理材獲得了更強(qiáng)的防腐抗蟲(chóng)蟻性能［1］，擁有更長(zhǎng)的服務(wù)年限，契合當(dāng)代對(duì)可持續(xù)環(huán)境發(fā)展的關(guān)注，越來(lái)越受重視，在現(xiàn)代生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，緩解了木材供需矛盾。然而，當(dāng)前的木材防腐技術(shù)不能有效地解決木材的尺寸穩(wěn)定性差的問(wèn)題，一般往往通過(guò)添加憎水劑、油漆處理、樹(shù)脂浸漬處理、加熱處理等方法達(dá)到提高木材尺寸穩(wěn)定性和增強(qiáng)防腐性能的目的［2-7］。石蠟與木材防腐劑復(fù)合處理提高木材的尺寸穩(wěn)定性是目前最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，各種乳化石蠟技術(shù)紛紛被研究［8-11］。目前研發(fā)的石蠟乳液，一方面存在滲透不均勻、費(fèi)事和浪費(fèi)原料等問(wèn)題［12］，另一方面也存在與防腐劑不兼容的問(wèn)題，尋找合適的石蠟乳化技術(shù)顯得非常有必要［13］。本研究在常規(guī)的木材防腐處理技術(shù)條件下，用自配的非離子石蠟乳液與常用型 CCA、ACQ 木材防腐劑進(jìn)行復(fù)配處理，在有效增強(qiáng)木材防腐性能的同時(shí)，也提高了木材的尺寸穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)材料與儀器設(shè)備

1． 1 試驗(yàn)材料

1． 1． 1 試驗(yàn)?zāi)静?試驗(yàn)?zāi)静臑轳R尾松( Pinus massoniana) 和厚莢相思( Acacia crassicarpa) 木材，均有 2 批試材，小試材尺寸均為 20 mm( 長(zhǎng)度) × 20 mm( 寬度) × 20 mm( 厚度) 、大試材尺寸均為 500 mm( 順紋長(zhǎng)) × 150mm( 寬度) × 25 mm( 厚度) 。

1． 1． 2 石蠟乳液 由廣東省林業(yè)科學(xué)研究院自制的非離子型石蠟乳液，以 56#全精煉固體石蠟為主，添加 3種非離子表面活性劑，固體含量為 27% 。

1． 2 儀器設(shè)備包括 Mastersize 2000 激光粒度儀，X 射線能譜儀，原子吸收分光光度計(jì)，真空加壓處理試驗(yàn)設(shè)備，電子天平，游標(biāo)卡尺。

2 試驗(yàn)方法

2． 1 石蠟乳液的制備及其粒徑分布測(cè)定

將表面活性劑與固體石蠟混熔，熔解之后進(jìn)行攪拌，注入熱水，降溫出料，最終獲得穩(wěn)定的石蠟乳液。利用 Mastersize 2000 激光粒度儀測(cè)定石蠟乳液的粒徑分布。

2． 2 尺寸穩(wěn)定性測(cè)定

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB /T 1934． 1—2009《木材吸水性測(cè)定方法》［14］、GB /T 1934． 2—2009《木材濕脹性測(cè)定方法》［15］及結(jié)合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) AWPA E4—03《真空加壓處理木材的防水試驗(yàn)方法》［16］，檢測(cè)防腐處理材的尺寸穩(wěn)定性。把石蠟乳液濃度稀釋為 1% ，3% ，5% ，7% ，9% ，將馬尾松和厚莢相思木材小試材分別浸漬到石蠟乳液稀釋液中，保持真空度 － 0． 09 MPa，30 min 后取出。將浸漬后的試件在 40 ℃的烘箱中烘干 1 周，取出用游標(biāo)卡尺量取尺寸; 再浸泡至水中 30 min，取出再次量取尺寸，計(jì)算木材尺寸穩(wěn)定性能。未處理試材也采取相同的尺寸量取方法。

2． 3 石蠟乳液與防腐劑穩(wěn)定性測(cè)試

將濃度為 5% 的石蠟乳液分別與濃度為 1% 的木材防腐劑 CCA、ACQ 共混，在離心速度為 4 000 r /m 的條件下離心 30 min，肉眼觀察分層現(xiàn)象。

2． 4 石蠟乳液對(duì)木材防腐劑滲透的影響

把稀釋為 1% 、3% 、5% 、7% 、9% 的石蠟乳液分別與濃度為 1% 的 CCA、ACQ 復(fù)配，將復(fù)配液真空加壓處理馬尾松木材小試材，用游標(biāo)卡尺量取木材的尺寸; 用電子天平稱量馬尾松小試材被處理前后的質(zhì)量; 將處理后的試材放置在 40 ℃的烘箱中烘干至恒重，碾碎磨成粉末，消解處理，用 X 射線能譜儀及原子吸收分光光度計(jì)等測(cè)定木材中載藥量的有效成分，得出木材的基本載藥量，不計(jì)密度的影響。

將濃度為 5% 的石蠟乳液與濃度為 1% 的 ACQ 復(fù)配液真空加壓處理馬尾松、相思木材大試材，以濃度為1% 的 ACQ 真空加壓處理大試材為對(duì)照。將處理后的試材放置在 40 ℃ 的烘箱中烘干至恒重，碾碎磨成粉末，消解處理，用 X 射線能譜儀及原子吸收分光光度計(jì)等測(cè)定木材中載藥量的有效成分，得出木材的基本載藥量，考慮密度的影響。

3 結(jié)果與分析

3． 1 石蠟乳液的粒徑分析

針葉材的管胞直徑分布是 20． 000 ～ 80． 000 μm，闊葉材管孔直徑分布是 20． 000 ～ 300． 000 μm，構(gòu)成了典型的毛細(xì)管系統(tǒng)［17］。由圖 1 可知，制備的石蠟乳液的粒徑區(qū)間分布集中在 0． 050 ～ 0． 317 μm，比重為98% ; 剩余石蠟乳液粒徑的區(qū)間分布集中在 20． 000 ～ 89． 337 μm，比重為 2% ; 其平均粒徑為 0． 107 μm，遠(yuǎn)小于木材的毛細(xì)管分布徑級(jí)。陳利芳［1］和鮑甫成等［18］的研究表明，木材的滲透性與試件的尺寸無(wú)顯著關(guān)聯(lián)。由此認(rèn)為，在毛細(xì)管張力梯度下，石蠟乳液由木材表面逐步往里滲透［19］，尤其在外界的真空壓力與毛細(xì)管張力的共同作用下，石蠟乳液更能順利滲入木材中。

3． 2 石蠟乳液處理木材的尺寸穩(wěn)定性

由圖 2 可知，隨著石蠟乳液稀釋液濃度從 1% 增長(zhǎng)至 9% ，馬尾松木材尺寸穩(wěn)定性由 77． 5% 增長(zhǎng)到84． 3% ，相思木材尺寸穩(wěn)定性由 16． 3% 增長(zhǎng)到 71． 7% 。由此可知，隨著石蠟乳液處理濃度增大，木材尺寸穩(wěn)定性都呈增強(qiáng)趨勢(shì)。

3． 3 石蠟乳液與木材防腐劑復(fù)配的穩(wěn)定性

將兌水稀釋成 5% 的石蠟乳液分別與 1% 的木材防腐劑 CCA、ACQ 共混，經(jīng)離心測(cè)試后未見(jiàn)分層。說(shuō)明該石蠟乳液具有較好的水溶性，這是因?yàn)槠淙坑煞请x子表面活性劑制成，能達(dá)到與強(qiáng)酸強(qiáng)堿混溶的狀態(tài)。

3． 4 石蠟乳液對(duì)木材防腐劑滲透的影響

由表 1 可知，以馬尾松木材為載體，石蠟乳液對(duì)濃度為 1% 的 CCA 的載藥量有影響，隨著石蠟乳液濃度的提高，CCA 在木材中的載藥量逐漸降低，濃度為 1% ～ 7% 的石蠟乳液不影響防腐木材質(zhì)量，濃度為 9% 的石蠟乳液則稍微降低了防腐木材質(zhì)量。石蠟乳液對(duì) ACQ 的載藥量影響不顯著，波動(dòng)范圍限制于 0． 2 kg /m3以內(nèi)，不影響防腐木材的質(zhì)量。

由圖 2、表 1 的試驗(yàn)結(jié)果，考慮到應(yīng)用的效果和經(jīng)濟(jì)性，選擇 5% 石蠟乳液作為與防腐劑復(fù)配的較佳濃度，進(jìn)一步測(cè)試石蠟乳液與濃度為 1% 的 ACQ 復(fù)配液處理大尺寸木材，以濃度為 1% 的 ACQ 處理為對(duì)照。以濃度為 5% 的石蠟乳液復(fù)配進(jìn)行處理后，馬尾松和相思木材載藥量分別為 4． 12 和 1． 47 kg·m － 3，對(duì)照處理后的馬尾松和相思木材載藥量分別為 4． 17 和 1． 65 kg·m － 3，5% 石蠟乳液基本不影響 ACQ 木材防腐劑的滲透性能。

4 結(jié)論

4． 1 自制的石蠟乳液的平均粒徑為 0． 107 μm，粒徑分布形態(tài)均一，遠(yuǎn)小于木材的毛細(xì)管分布徑級(jí)，能夠很好地滲透木材。

4． 2 經(jīng)石蠟乳液處理的木材尺寸穩(wěn)定性都增強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性可達(dá) 85% 。

4． 3 石蠟乳液能分別與 CCA、ACQ 木材防腐劑混溶達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4． 4 石蠟乳液對(duì) CCA 木材防腐劑的載藥量有影響，控制石蠟乳液濃度在 7% 以內(nèi)，可以獲得合格的防腐木材; 石蠟乳液對(duì) ACQ 木材防腐劑的載藥量影響不顯著，9% 以內(nèi)的石蠟乳液不影響防腐木材的質(zhì)量。

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