CN110861179A - 一种新型抗流失性强CuS防腐剂、制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型抗流失性强硫化铜(CuS)防腐剂、制备方法和应用。重量份配制：原料Ⅰ：0.5～1.5份；原料Ⅱ：1.0～3.0份；表面活性剂：0.5～1.5份；消泡剂：0.01～0.05份；水：100.0～300.0份。制备是将原料Ⅰ溶于水中，搅拌，直至完全溶解，配成溶液A；再将原料Ⅱ和表面活性剂加入到水中，搅拌至溶解，加入消泡剂去除搅拌产生的泡沫，配制而成溶液B；在不断搅拌的溶液B中缓慢加入溶液A，制得所述抗流失性CuS防腐剂。本发明新型防腐剂对木材、竹材和作物秸秆等纤维材料的防腐性能好，稳定性高，抗流失性强，生产无需加热，节省了成本。

Description

一种新型抗流失性强CuS防腐剂、制备方法和应用
技术领域
本发明属于木材保护领域，具体涉及一种新型的CuS木材、竹材、作物秸秆等植物纤维原料的防腐剂及其制备方法及在木竹材、作物秸秆等植物纤维原料防腐中的使用。
背景技术
木材、竹材、作物秸秆等植物纤维材料具有明显的生物特性，易受到生物和微生物的危害而发生腐朽、霉变等现象，使这类材料寿命降低，增加了其消耗量。有效地防护处理可以增加植物纤维类材料的抗菌虫性能，延长其使用寿命，对节约植物资源，提高利用率具有重要的意义。由于铜作为防腐剂有效成份具有明显地优势，如价格低廉，具有广谱杀菌性，以铜为主要活性成份的防腐剂在木材防腐市场具有广泛地应用，例如氨溶烷基胺铜(ACQ)、铜铬砷(CCA)、铜唑(CuAZ)等。但这些水溶性的铜类木材防腐剂，在水中的溶解度极高造成在户外使用过程中铜离子的流失和重金属离子的污染引起人们过多的担忧。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种新型的高效地植物纤维保护剂-硫化铜防腐剂、制备方法和应用。本发明由二价铜类化合物和含有硫的化合物在表面活性剂存在的条件下不断搅拌生成新型防腐剂，新型防腐剂对木材、竹材和作物秸秆等纤维材料的防腐性能好，稳定性高，抗流失性强。
本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：
一、一种抗流失性硫化铜(CuS)防腐剂：
由下列原料及其重量份配制而成：
原料Ⅰ：0.5～1.5份
原料Ⅱ：1.0～3.0份
表面活性剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.01～0.05份
水：100.0～300.0份。
所述的原料Ⅰ为硫化铵、硫化钾、硫化钠中的一种或者两种的混合。
所述的原料Ⅱ为醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或者两种的混合。
所述的表面活性剂为吐温80、司盘80、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、二癸基二甲基氯化铵(DDAC)、卵磷脂、甜菜碱中的一种或者两种的混合。
所述的消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅消泡剂、甲基酯化黄豆油、聚二甲基硅氧烷中的一种或者两种的混合。
二、一种抗流失性CuS防腐剂的制备方法，按如下步骤进行：
①将原料Ⅰ溶于水中，快速搅拌，直至完全溶解，配成溶液A；
②再将原料Ⅱ和表面活性剂加入到水中，搅拌至溶解，加入消泡剂去除搅拌产生的泡沫，配制而成溶液B；
③在快速不断搅拌的溶液B中缓慢加入溶液A，制得所述抗流失性CuS防腐剂。
三、抗流失性CuS防腐剂的应用：所述抗流失性CuS防腐剂在木竹材、作物秸秆等植物纤维原料防腐/抗菌中的应用。
四、抗流失性CuS防腐剂的防腐方法：选择涂、浸泡或真空加压浸渍方式使用抗流失性CuS防腐剂对植物纤维材料或其制品进行处理，处理后取出沥干至不滴液，然后置于空气中自然干燥1-2天，然后在干燥设备中干燥至所需含水率，完成了植物纤维材料的防腐抗菌处理。
本发明提供的植物纤维防腐剂-硫化铜，能明显增强植物纤维材料的抗菌性能，延长其使用寿命。硫化铜本身不溶于水，解决了水溶性的铜类木材防腐剂在水中的溶解度极高造成户外使用过程中铜离子的流失和重金属离子的污染的问题。
本发明使用硫化铜可在现场反应制备，硫化铜本身不溶于水，在原料不断搅拌反应的过程中形成了纳米级的硫化铜颗粒，从而进入到植物纤维材料内部，起到保护植物纤维材料的作用。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明制备的防腐剂是一种新型的含有硫元素和铜的药剂，其防护效率高，采用国家标准《木材耐久性能第一部分：天然耐腐性实验方法-GB/T13942.1-2009》测试了本发明涉及的防腐剂处理后马尾松的耐腐等级，当达到强耐腐等级所需要的最低载药量4.8kg/m3。
(2)本发明涉及硫化铜木材防腐剂，其调制和制备简单迅速，并不需要特定的设备和工厂，可以在木材处理工厂现场进行，从而免去运送成本。
且与市场上常用的ACQ和CuAZ相比，本发明新型防腐剂生产无需加热，还可利用原料在工厂现配现用，节省了含水类防腐剂运输过程中的成本。
(3)本发明涉及的植物纤维保护剂按照国家标准《木材防腐剂流失率试验方法-GB/T 29905-2013》进行测试，当硫化铜在松木和杨木中的保留量为3.2kg/m3时，流失率分别为1.866％和2.506％。
附图说明
图1为实例1防腐剂透射电子显微镜图(TEM)；
图2为实例2防腐剂流失处理前后对密粘褶菌的防腐效率结果图；
图3为实例2防腐剂流失处理前后对洁丽香茹菌的防腐效率结果图；
图4为防腐实验前后杨木的扫描电子显微镜(SEM)图；a未经腐朽试验的空白杨木试样切片，b为CuS浸渍杨木腐朽试验后的试样切片，c和d为未浸渍处理杨木腐朽试验后的试样切片。
表1为实例2经14天流失试验后CuS的流失率。
具体实施方式
本发明下面结合实施实例作进一步详述。
实例1
称取3.03g原料Ⅱ氯化铜溶于150ml的水中，配制成溶液A。称取1.75g原料Ⅰ硫化钠、2g表面活性剂Tween 80、两滴消泡剂溶于150ml水中，快速搅拌制成溶液B。在快速不断搅拌的溶液B中逐滴加入全部的溶液A，制备成稳定的木材防腐剂硫化铜。
具体实施中，采用透射电子显微镜(TEM)观察了实施例中CuS的形貌和粒径大小，具体如图1所示。由此实验验证可见，所制备的硫化铜防腐剂为纳米级防腐剂。
实例2
称取3.59g原料Ⅱ硫酸铜溶于150mL的水中，配制成溶液A。称取1.75g原料Ⅰ硫化钠、2g表面活性剂司盘80溶于150ml水中，加入两滴消泡剂制成溶液B。在快速不断搅拌的溶液B中逐滴加入全部的溶液A。制备成硫化铜木材防腐剂。
具体实施中，将本实施例制成的木材防腐剂硫化铜采用真空加压浸渍方法处理松木，并取其中一部分硫化铜防腐剂浸渍后试块进行流失处理，具体流失处理方式如下：将浸渍处理后试块置于索氏提取器中，70℃水温浸提72小时，每24小时换水一次。然后，按照国家标准《木材耐久性能第一部分：天然耐腐性实验方法-GB/T 13942.1-2009》测试硫化铜防腐剂浸渍试块流失前后对密粘褶菌和洁丽香茹菌的耐腐性。经过3个月的腐朽试验，测得流失处理前后试块的质量损失率，从而按照上述标准评价处理后松木的耐腐等级，情况如图2和图3所示。防腐剂流失处理前后对密粘褶菌的防腐效率如图2所示，防腐剂流失处理前后对洁丽香茹菌的防腐效率如图3所示。由此实验验证可见，所制备的CuS防腐剂确实对木材表现出了很好的保护效果，当载药量达到4.8kg/m3时，所处理木材可达到强耐腐级别，且在流失处理后，质量损失率并未出现明显地降低，表明所制备的CuS防腐剂具有很好的抗流失性。
进而采用扫描电子显微镜(SEM)对腐朽试验前后木材试样的微观形貌进行了分析，结果如图4所示。由图4结果可知，经CuS浸渍后的杨木(图4-b)在三个月的腐朽实验后形貌与未经腐朽实验(图4-a)的基本一致，而无CuS浸渍的杨木(图4-c,d)在经历腐朽实验后，出现本身微观形貌明显地被腐蚀的现象，可看到结构部分边缘破坏，由此说明所制备的CuS防腐剂确实起到了保护木材的效果。
同时，本实施将硫化铜防腐剂通过加压浸渍的方式处理马尾松和杨木，并根据国标方法《木材防腐剂流失率试验方法-GB/T 29905-2013》进行CuS流失率的测定。将浸渍处理后木块浸于一定量去离子水中，并每隔6h、24h、48h更换一次去离子水，之后每隔48h更换一次去离子水，每次收集流失液，共计14天。测试流失液中铜离子的浓度，据此计算CuS的流失率，如下表1所示。
表1硫化铜(CuS)在不同木材中的流失率
Figure BDA0002261328200000041
由此实验验证可见，硫化铜本身在木材中的稳定性高，流失率低，对环境影响更低。
实例3
称取4.26g原料Ⅱ硝酸铜溶于150mL的水中，配制成溶液A。称取2.47g原料Ⅰ硫化钾、2g表面活性剂硬脂酸溶于150ml水中，加入两滴消泡剂制成溶液B。在快速不断搅拌的溶液B中逐滴加入全部的溶液A。制备成硫化铜木材防腐剂。

Claims (8)

1.一种抗流失性硫化铜(CuS)防腐剂，其特征在于：由下列原料及其重量份配制而成：
原料Ⅰ：0.5～1.5份
原料Ⅱ：1.0～3.0份
表面活性剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.01～0.05份
水：100.0～300.0份。
2.如权利要求1所述的一种抗流失性CuS防腐剂，其特征在于：
所述的原料Ⅰ为硫化铵、硫化钾、硫化钠中的一种或者两种的混合。
3.如权利要求1所述的抗流失性CuS防腐剂，其特征在于：
所述的原料Ⅱ为醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或者两种的混合。
4.如权利要求1所述的抗流失性CuS防腐剂，其特征在于：
所述的表面活性剂为吐温80、司盘80、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、二癸基二甲基氯化铵(DDAC)、卵磷脂、甜菜碱中的一种或者两种的混合。
5.如权利要求1所述的抗流失性CuS防腐剂，其特征在于：
所述的消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅消泡剂、甲基酯化黄豆油、聚二甲基硅氧烷中的一种或者两种的混合。
6.一种权利要求1-5任一所述的抗流失性CuS防腐剂的制备方法，其特征是按如下步骤进行：
①将原料Ⅰ溶于水中，搅拌，直至完全溶解，配成溶液A；
②再将原料Ⅱ和表面活性剂加入到水中，搅拌至溶解，加入消泡剂去除搅拌产生的泡沫，配制而成溶液B；
③在不断搅拌的溶液B中缓慢加入溶液A，制得所述抗流失性CuS防腐剂。
7.权利要求1-5任一所述的抗流失性CuS防腐剂或者权利要求6所述制备方法制成的抗流失性CuS防腐剂的应用，其特征是：所述抗流失性CuS防腐剂在植物纤维原料防腐/抗菌中的应用。
8.使用权利要求1-5任一所述的抗流失性CuS防腐剂或者权利要求6所述制备方法制成的抗流失性CuS防腐剂的防腐方法，其特征在于：
选择涂、浸泡或真空加压浸渍方式使用抗流失性CuS防腐剂对植物纤维材料或其制品进行处理，处理后取出沥干至不滴液，然后置于空气中自然干燥1-2天，然后在干燥设备中干燥至所需含水率，完成了植物纤维材料的防腐抗菌处理。
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