CN1727142A

CN1727142A - 木材保护剂

Info

Publication number: CN1727142A
Application number: CN 200410047075
Authority: CN
Inventors: 龙有前; 肖鑫; 吴子良; 孟庆伟; 钟萍; 莫丽华; 梁晓理
Original assignee: 龙有前; 肖鑫; 吴子良
Current assignee: Shuangcheng Technology (Beijing) Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: CN100443273C

Abstract

一种木材保护剂，它属于一种用于木材阻燃、防腐处理用的木材保护剂。它主要是解决现有木材保护剂能阻燃、则不能防腐、或不具有抗流失性等技术问题。其技术方案要点是：它由磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚分散剂、低级醇类助溶剂、硅溶胶、硅烷偶联剂、软水剂和水组成。采用本发明处理后的木材可同时获得具有抗流失性的阻燃和防腐功能，并且木材的物理力学性能如外观、颜色、强度和硬度等几乎不受影响，它可广泛应用于各种木材加工处理。

Description

木材保护剂

技术领域

本发明属木材改性领域，特别是涉及一种用于木材处理的木材保护剂。

背景技术

随着人们对木材的燃烧性及火灾的认识日益加深，国内外相继探索使用多种化学方法对木材进行阻燃处理，旨在提高木材的难燃性。使其遇小火自熄，在大火中也能明显延缓燃烧，从而赢得灭火时机。实践证明，使用阻燃木材对减免火灾危害具有显著的效果。目前阻燃木材、阻燃木制品已日益广泛地为工业与建筑等领域采用。

人类在使用木材过程中，很早就意识到木材容易腐烂、虫蛀变质，因此试图用各种简易的方法处理木材以延长其使用年限。木材经过防腐处理，其耐久性可大大超过现今可供采伐和直接使用的木材，特别是人工林材的天然耐久性。效果好的防腐木材，一般都具有良好的防腐、防蛀以及防霉性能，可制造的木制小桥、亭台、楼阁、围墙、花槽、水边栈道、户外坐椅等，使用年限可延长到十几年乃至几十年。

浸注水溶性P-N系二元阻燃剂：磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸铵等；或水溶性P-N-B系三元阻燃剂：磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸铵等再加上硼砂或硼酸，是工业上木材阻燃处理常用的方法。这些阻燃剂成本低、毒性小、阻燃效果较好。P-N-B系阻燃剂由于磷、氮、硼三种元素的协同效应，阻燃能力更强。上述阻燃剂的缺点是药剂易被水沥出，抗流失性差。阻燃处理后的木材易吸潮、阻燃剂易渗析出木材表面，使木材的油漆和粘合性能变差，如容易出现涂层泛白、起泡、耐老化性差以及粘合处脱胶等现象。

砷或硼与铬、铜无机物组成的木材防腐剂，防腐、防蛀性能优秀，一直被普遍采用；20世纪90年代初由美国CSI公司开发的由季铵盐、铜离子和氨(或胺)组成的氨(胺)溶铜季铵盐防腐剂，现已在世界大部分地区推广使用。这些防腐剂可使木材得到很好的防腐、防蛀效果，抗流失性也较好，但木材变成了浅绿色，显得不够自然。并且含砷、铬的防腐剂毒性大，防腐木材废弃物难以处理。

常用的阻燃剂和防腐剂一般都只有单一的阻燃或防腐作用，要使木材同时具有阻燃和防腐功能，必须阻燃、防腐处理工艺分开进行，工艺过程繁杂，并且会由于药剂的相互影响而导致阻燃、防腐效果降低。如黑龙江省哈尔滨市和兴路26号东北林业大学的王清文、李坚、张世润、钱学仁等发明并于1997年10月8日申请发明专利的“木材阻燃剂的合成方法”(申请号：97118353.8，公开号：1213603，公告号：1075760，公开日：1999年4月14日，授权公告日：2001年12月5日)提出了由脒基脲磷酸盐与硼酸混合而成的木材阻燃剂，即主要采用双氰胺、磷酸、硼酸和水为原料，在反应温度为90℃至120℃下反应合成脒基脲磷酸盐，然后由脒基脲磷酸盐和硼酸复配制得阻燃剂。成分与美国木材防腐协会(木材保护剂WP木材保护剂)标准的FR-1木材阻燃剂基本一致。该阻燃剂阻燃性能优良，并具有一定的防腐能力，而且毒性低、吸湿性小、使用过程中不产生污染物。但这一类药剂的防腐能力是很有限的，处理的木材似乎不宜作为防腐、防蛀材来使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能阻燃、又能防腐、且还具有抗流失性的木材保护剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L，余量为水。

其优选实施方式：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

所述软水剂采用焦磷酸钠、或三聚磷酸钠、或其混合物。

本发明的另一优选实施方式：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂、硅溶胶和硅烷偶联剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L，余量为水。

本发明的另一优选实施方式：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚分散剂、硅溶胶、硅烷偶联剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。其最优实施方式：磷酸二氰二胺：75～85g/L、硼酸：15～20g/L、季铵盐：9～12g/L、烷基酚醚分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：18～20g/L、硅烷偶联剂：1.0～1.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

还可在上述各种配比的原料中加入低级醇类助溶剂：4～15g/L，优选配比为另加入10～15g/L；所述低级醇类助溶剂包括：甲醇、乙醇。上述各原料组份中所述季铵盐包括烷基二甲基乙酸铵、烷基二甲基苄基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵或烷基三甲基乙酸铵中的任一种或任意组合；烷基酚醚类分散剂采用烷基酚聚氧乙烯醚。

所述硅溶胶的粒径为2nm～≤10nm。优选硅溶胶的粒径为4～5nm。所述硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒，分子式可表示为mSiO₂.nH₂O。

所述硅烷偶联剂选择KH硅烷系列，KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)或KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)，或其任意组合。

本发明的有益效果是：采用本发明处理后的木材可同时获得优良的、具有抗流失性的阻燃和防腐功能(下称阻燃-防腐材)，并且木材的物理力学性能如外观、颜色、强度和硬度等几乎不受影响。它可广泛应用于各种木材加工处理。

具体实施方式

木材的阻燃、防腐处理常用工艺是将水溶性药剂浸注进木材内部，然后干燥至木材含水率8～12％左右使用。药剂与木材的结合力、药剂在木材中的吸附稳定性等，即阻燃(或防腐)材的抗流失性直接影响其阻燃(或防腐)的耐久性及油漆、粘合等使用性能。户外使用的防腐材要求抗流失性相对更高，防腐剂通常得含有铜盐和/或铬盐，导致木材变成淡绿色。一些场合，如木结构房屋、庙宇、园林景观建筑、游乐场设施等要求使用的木材是阻燃-防腐材，并且最好材色天然，与木材原来外观颜色一致或接近。

要使木材一次浸注药剂便成为具有抗流失性的阻燃-防腐材，并且木材的外观和颜色几乎不受影响，所使用的药剂要求阻燃、防腐有效成分的阻燃、防腐效果好，药剂在木材中的固定性强且吸潮性要低，并且避免会使木材变色的添加成分如铜盐、铬盐等的加入。

本发明的木材保护剂由磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚分散剂、低级醇类助溶剂、硅溶胶、硅烷偶联剂和软水剂组成。其中阻燃有效成分为磷酸二氰二胺和硼酸，形成了P-N-B三元素协同效应阻燃剂；防腐活性物质是季铵盐和硼酸。季铵盐是一类与木材结合性强的高效防腐剂，具有用量少、防腐性能高之特点，它与硼酸一起使本木材保护剂具有理想的防腐、防蛀、防霉能力；硅溶胶和硅烷偶联剂的作用主要是让阻燃剂、防腐剂固定在木材，使得处理材具有防潮、抗流失性。硅溶胶又称胶体二氧化硅，是一种微带蓝色乳光的胶体溶液，具有较大的比表面积、较强的吸附性，干燥后可形成一个透明层而不再溶于水；烷基酚醚分散剂和低级醇类助溶剂是为了增加木材保护剂的贮存、使用稳定性而加入。季铵盐的水溶液呈弱碱性，而磷酸二氰二胺和硼酸的水溶液呈弱酸性，三者混合后季铵盐容易析出分层。烷基酚醚分散剂和低级醇类助溶剂的存在，使季铵盐能稳定地分散溶解，在贮存、使用过程中不会析出分层。

上述木材保护剂原料中，所述低级醇类助溶剂可以采用：甲醇、乙醇、异丙醇等。上述各原料组份中所述季铵盐包括烷基二甲基乙酸铵、烷基二甲基苄基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵或烷基三甲基乙酸铵中的任一种或任意组合；所述硅溶胶的粒径为2nm～≤10nm，最好为4～5nm粒径，所述硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒，分子式可表示为mSiO₂.nH₂O。所述硅烷偶联剂选择KH硅烷系列，KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)或KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)，或其任意组合。作为烷基酚醚分散剂使用的是一类长链水溶性有机高聚物，含有酰胺、酮和/或羟基等基团，聚合度为500±50左右比较合适，过小起不到季铵盐稳定作用，过大使得木材保护剂粘度增加较多，不利于木材浸注；如采用烷基酚聚氧乙烯醚，所述烷基酚聚氧乙烯醚可采用烷基酚聚氧乙烯醚(OP、TX、NP)系列，如OP-10、TX-10和NP-40等。低级醇类助溶剂为具有一定水溶性的有机溶剂，可增加季铵盐和水的亲和力；软水剂起到软化水的作用，采用焦磷酸钠和/或三聚磷酸钠。

本木材保护剂的原料配比范围如下：

磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚分散剂：1～2.5g/L、低级醇类助溶剂：4～15g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L、软水剂：0.5～1.5g/L、水：余量。

本木材保护剂的原料最佳配比为：

磷酸二氰二胺：75～85g/L、硼酸：15～20g/L、季铵盐：9～12g/L、烷基酚醚分散剂：1～2.5g/L、低级醇类助溶剂：10～15g/L、硅溶胶：18～20g/L、硅烷偶联剂：1.0～1.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L、水：余量。

本发明的木材保护剂处理木材采用浸注法，处理材自然或烘烤干燥至适当的含水率后便可使用。得到的抗流失性阻燃-防腐材，无毒、无刺激性，外观、颜色、亮度和原木基本一致，油漆、粘合性能不降低(大多数木材还得到改善)，强度、硬度、密度等木材物理力学性能也有所增强。其阻燃效果符合GB8264“B1级难燃材料”要求；其防腐、防蛀、防霉能力达到或基本达到用CC木材保护剂(铬-铜-砷化物)、CCB(铬-铜-硼化物)和木材保护剂CQ(氨<胺>溶铜季铵盐)等防腐剂处理的防腐材的效果。

实施例1，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L，余量为水。

实施例2，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。所述软水剂采用焦磷酸钠、或三聚磷酸钠、或其混合物。

实施例3，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂、硅溶胶和硅烷偶联剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L，余量为水。

实施例4，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂、硅溶胶、硅烷偶联剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

实施例5，磷酸二氰二胺：75～85g/L、硼酸：15～20g/L、季铵盐：9～12g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：18～20g/L、硅烷偶联剂：1.0～1.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

实施例6，往搅拌釜中加入水800kg、焦磷酸钠0.5kg、三聚磷酸钠0.5kg，搅拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺65kg、硼酸35kg，搅拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散剂1.5kg、低级醇类助溶剂5kg，继续搅拌下慢慢加入十二烷基二甲基乙酸铵6kg、十二烷基二甲基苄基氯化铵8kg。搅拌10nim后，加入硅溶胶CH83-120(粒径8~10nm)15kg，然后加入KH-560硅烷偶联剂1kg搅拌10min。最后补加水至总物料量为1000kg，搅拌10min后出料得本木材保护剂。

实施例7，往搅拌釜中加入水800kg、焦磷酸钠1.5kg，搅拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺85kg、硼酸20kg，搅拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散剂2.5kg、低级醇类助溶剂10kg，继续搅拌下慢慢加入十二烷基二甲基乙酸铵3.5kg、二癸基二甲基氯化铵3.5kg。搅拌10nim后，加入硅溶胶CH83-120C(粒径4～5nm)20kg，然后加入KH-550硅烷偶联剂0.5kg搅拌10min。最后补加水至总物料量为1000kg，搅拌10min后出料得本木材保护剂。

实施例8，往搅拌釜中加入水800kg、焦磷酸钠1kg、三聚磷酸钠0.5kg，搅拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺100kg、硼酸25kg，搅拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散剂1kg、低级醇类助溶剂5kg，继续搅拌下慢慢加入十二烷基二甲基苄基氯化铵15kg。搅拌10nim后，加入硅溶胶CH83-120C(粒径4～5nm)25kg，然后加入KH-570硅烷偶联剂1.5kg搅拌10min。最后补加水至总物料量为1000kg，搅拌10min后出料得本木材保护剂。

实施例9，往搅拌釜中加入水800kg、三聚磷酸钠1.5kg，搅拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺85kg、硼酸15kg，搅拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散剂2.5kg、低级醇类助溶剂12kg，继续搅拌下慢慢加入二癸基二甲基氯化铵8kg。搅拌10nim后，加入硅溶胶CH83-120C(粒径4～5nm)12kg，然后加入KH-550硅烷偶联剂1kg搅拌10min。最后补加水至总物料量为1000kg，搅拌10min后出料得本木材保护剂。

Claims

1、一种木材保护剂，其特征是：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L，余量为水。

2、根据权利要求1所述的木材保护剂，其特征是：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

3、根据权利要求2所述的木材保护剂，其特征是：所述软水剂采用焦磷酸钠、或三聚磷酸钠、或其混合物。

4、根据权利要求1所述的木材保护剂，其特征是：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂、硅溶胶和硅烷偶联剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L，余量为水。

5、根据权利要求4所述的木材保护剂，其特征是：它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚类分散剂、硅溶胶、硅烷偶联剂和软水剂；各原料配比为磷酸二氰二胺：60～125g/L、硼酸：15～45g/L、季铵盐：6～15g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：12～25g/L、硅烷偶联剂：0.5～2.0g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

6、根据权利要求5所述的木材保护剂，其特征是：磷酸二氰二胺：75～85g/L、硼酸：15～20g/L、季铵盐：9～12g/L、烷基酚醚类分散剂：1～2.5g/L、硅溶胶：18～20g/L、硅烷偶联剂：1.0～1.5g/L、软水剂：0.5～1.5g/L，余量为水。

7、根据权利要求1、2、4、5或6所述的木材保护剂，其特征是：在其原料中加入低级醇类助溶剂：4～15g/L，优选配比为10～15g/L，所述低级醇类助溶剂包括甲醇、乙醇；在各原料组份中所述季铵盐包括烷基二甲基乙酸铵、烷基二甲基苄基氯化铵、二烷基二甲基氯化铵或烷基三甲基乙酸铵中的任一种或任意组合；烷基酚醚类分散剂采用烷基酚聚氧乙烯醚。

8、根据权利要求4、5、或6所述的木材保护剂，其特征是：所述硅溶胶的粒径为2nm～≤10nm。

9、根据权利要求8所述的木材保护剂，其特征是：硅溶胶的粒径为4～5nm。

10、根据权利要求4、5、或6所述的木材保护剂，其特征是：所述硅烷偶联剂选择KH硅烷系列，包括KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)或KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)，或其任意组合。