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对防腐剂的使用是最为常用的一种防腐工艺,油类防腐剂、水载防腐剂和油载防腐剂是最为常用的3类防腐剂,现在使用最为广泛的为水载防腐剂,其中以加铬***酸铜(ChromatedCopperArsenate,简称CCA)的应用十分普遍。在CCA中其有效成分为铜、铬、神的氧化物或者眼泪。曾经一段时间内CCA在美国民用市场上占有相当高的份额。相对来讲CCA的价格相当便宜,并且在经过CCA处理后,木材在防止腐烂的性能、力学性能以及表面涂饰性能上都能够得到相当良好的改善,和木材有着良好的结合性。但是CCA之中因为含有***与铬,这些元素都会对人的身体健康与环境带来相当严重的危害,并且当前还没有对CCA处理材废弃物的妥善处理途径,CCA并不适用于园林用木材的防腐处理,并且很多国家都开始禁用CCA。近年来,人们积极研究不会带来污染也不会危害到人畜健康的各种新型防腐剂,例如铜哩防腐剂、硼化物、有机碘化物等等。这些防腐剂基本不会对环境带来污染,对于人畜也无害,是园林用木材较为合用的防腐剂。
:这种工艺顾名思义,是让防腐剂溶液注满木材的细胞质中,最大限度地保留防腐剂。这种方法比较适用于通过水载型防腐剂处理木材,同时,也适用于利用煤杂酚油处理海港桩木以及枕木等等。采取这种工艺,完成操作后从压力浸注罐中取出木材时通常存在滴液的情况,这样的一种情况下可设为专门的滴液区存放木材一直到滴液消失再取出,这样做才能够减少污染,并且有效回收防腐剂。
空细胞工艺:空细胞法与满细胞法相比,其不同之处就在于经过处理之后,木材细胞腔之中基本不会有防腐剂容易存留,主要是让细胞壁受到处理。在这种工艺处理完成后细胞腔中基本都是空的。这种方法是保证一定投人度的前提之下,运用少量防腐剂来获得需要的防腐效果。想要获得这样的效果,需要用前空气压,这样才可以在后真空阶段中反冲出更多的防腐剂溶液。
改良空细胞法:和满细胞法与空细胞法相比,这种方法中没有前真空阶段和前空压阶段。这种方法在加压阶段完成后,也会反冲出部分防腐剂溶液,相对而言,比空细胞法反冲得要少,但是,比满细胞法要多。这种方法主要的操作的流程包括有加防腐剂溶液阶段、加压阶段、卸压并排除防腐剂阶段和后真空阶段。
循环浸注工艺:循环浸注又被称作为双空细胞。从实质上来讲是串联了两个空细胞工艺。对于较为潮湿的目测与较难浸注的目测是较为适合的。
这种方法将木材放置到压力浸注罐之中后,关闭罐们以及其他通道,施加空气压,,这样的一个过程通常控制在10min左右。在注人防腐剂时也需要保持住压力,并且还需要升压,,并且时间控制在1h左右。接着逐步解除压力,并排除罐中的防腐剂。在排除完后就需要抽线min左右,然后,解除真空状态,将剩余防腐剂溶液排除,恢复到大气压之后继续第2次的相同操作。
:①常规处理,最重要的包含了喷淋、喷雾、涂刷以及浸渍这几种方法。和其他的方法相比,这一些方法中,防腐剂的保持量以及渗人深度都不会很大。适合使用在较容易渗透的木材上,即使这样效果也不会很好。②热冷槽处理。在常压下这种方法的效果最好,采用的是热胀冷缩产生的压力差。
:①扩散法。这种方法是利用的分子扩散规律,主要是利用的木材之中的水分。水载防腐剂会从高浓度向低浓度进行扩散,让防腐剂成分能够被输送到木材之中。这种方法有几个必须的条件:(1)木材中水分含量必须要高;(2)防腐剂在水中的溶解度要高;(3)防腐剂在木材之中的固着速度较慢;(4)环境和温度较高②输液置换。这种方法适合使用的范围较窄,只适用于刚刚采伐下来的原木或者是活立木。同时,还要求防腐剂的水溶性好。
总之,对于园林用木材的防腐处理防腐有很多,不仅仅使用防腐剂来做处理,还能够最终靠其他多种方法来做处理。对于园林用木材防腐处理的工艺研究可以更好地为园林建设提供支持。
说完园林木材防腐,接下来我们来了解一下人造木材的防腐。单板类人造板是指以单板为结构单元,涂胶后将其纵横向组坯(胶合板)或顺纹组坯(单板层积材)热压胶合而成的产品。其主要的组成原材料是木材,而木材主要由纤维素、半纤维素和木质素等组成,在一定条件下微生物可以使这些组分降解,引起木材的虫蛀及腐烂,除了一些天然耐久的树种外,大部分木材在湿热环境下易遭侵蚀而败坏。因此,单板类人造板在温暖湿润的使用条件下,也极易产生同样的问题,如杨木胶合板、南方松胶合板以及花旗松胶合板等均易受到腐朽菌、霉菌和虫害的侵蚀,而腐朽菌会对胶合板的拉伸强度、弹性模量和断裂模量等性能造成严重影响。特定使用场合对单板类人造板产品的防生物侵蚀能力有明确的要求,如GB/T19536—2004《集装箱底板用胶合板》规定该用途产品需具备比较好的防腐防虫性能,GB/T20241—2006《单板层积材》标准要求结构用单板层积材(LVL)所使用的防虫剂种类及载药量须满足有关要求。随着单板类人造板产品在各类工程结构和室内装饰中的逐渐推广,其防腐处理日益受到重视,并在木材防腐技术基础上得到了发展。
木材防腐处理是通过某种手段,消除微生物赖以生存的必要条件之一,进而达到阻止其繁殖生长的目的。其方法主要有物理处理法和化学处理法,前者包括烟熏法、高温干燥灭菌法、水浸法、烘烤法和涂刷法等;而后者是用化学药剂对木材做处理,是目前最常用的木材防腐处理方法。单板类产品虽然可借鉴木材防腐技术对其进行防腐处理,但一定要考虑其制造特性及不同于实木类产品的结构和性能以便合理确定其防腐技术体系。尽管选用天然耐腐木材为原料加工单板类产品能提高产品的耐腐性,但在当今以人工林速生材为主要的组成原材料的前提下,这一方法较难得到推广和应用;而物理处理法中的涂刷法虽然也可用于处理单板类人造板,但通常不能赋予单板类产品理想和长效的防止腐烂的性能;因而使用化学防腐剂实现单板类人造板的防腐防虫目的是主要且有效的手段和方法。由于该类产品的生产是将木材原料分离成单板,将单板经过干燥、施胶等处理后组坯胶合而成的,其“分离—重组”的生产的全部过程为化学防腐处理提供了不同的策略和多种处理方案,如防腐剂能够最终靠单板和胶黏剂等载体添加到产品中,或者用防腐剂处理成品。相应地,当前国内外单板类人造板的防腐处理主要包括
3种方法:直接对单板进行防腐预处理,在胶黏剂中添加防腐剂对胶层做处理,使用防腐剂对成品进行处理。
我国单板类人造板的防腐和防虫技术起步相对较晚,目前的基本的产品为防腐胶合板和防虫胶合板,前者以出口为主,而后者主要在国内销售。因此,加快防腐单板类产品的研发和生产,对于丰富产品品种、拓展产品使用领域和促进行业发展等都具备极其重大的意义。笔者针对单板类人造板产品3种化学防腐处理方法的特点及国内研发情况做综述,以期为该类产品的研发和生产提供借鉴和参考。
单板防腐处理:单板防腐处理是通过防腐剂涂刷、喷涂和浸泡等方式对旋切或刨切单板在涂胶组坯前进行预处理。为保证防腐剂在单板厚度方向的均匀分布和长期的防治效果,一般常采用浸渍方式处理。对于水载型防腐剂处理的单板,通常需经干燥后方可用于后续生产。
近几年,通过单板防腐处理生产防腐单板类产品的技术在国内得到深入研究。王***等采用季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)对杨木单板进行常压浸渍处理,之后对浸渍处理单板进行干燥,以酚醛树脂(PF)为胶黏剂压制防腐单板层积材,其力学性能达到国家标准中结构用单板层积材的要求,且耐腐性能得到明显提高。张雪峰等以铜铬***
(CCA)和ACQ为木材防腐剂,采用满细胞法、浸泡法、双真空法及涂刷法对中山杉单板进行防腐处理并热压成防腐胶合板,经CCA防腐处理的单板所制胶合板弹性模量和静曲强度差异不显著,但胶合强度有所提高;经ACQ防腐处理的单板所制胶合板胶合强度、弹性模量和静曲强度差异不显著;但不同处理方法对胶合板载药量影响较大,其中,满细胞法处理后胶合板载药量最高,浸泡法和双真空法相近,涂刷法最低。蒋明衔等用ACQ常压浸渍马尾松和杨木单板,分别以PF树脂和脲醛树脂(UF)为胶黏剂压制防腐胶合板,根据结果得出,单板的ACQ吸药量对PF树脂所制胶合板和UF树脂所制杨木胶合板的胶合性能影响不显著,但ACQ对UF树脂所制马尾松胶合板的胶合性能有负面影响。蒋明衔等[11]还采用硼酸、乙二醛和丙三醇复配作为防腐剂,在室温下常压浸渍马尾松单板,以PF树脂为胶黏剂制备胶合板,根据防腐胶合板的胶合强度和硼保持率等指标优化马尾松防腐胶合板的制造工艺。同时,通过响应面法优化了杨木防腐胶合板的制造工艺。此外,蒋明衔等还以UF树脂为胶黏剂,采用丙三醇和2%质量分数的硼酸复配防腐剂处理马尾松单板,通过响应面分析法优化了室内防腐胶合板的制备工艺,制备的马尾松防腐胶合板的胶合强度能够达到国家标准GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能测试方法》中II类胶合板的要求。其他的防腐防虫药剂,如戊唑醇、丙环唑及其他水溶性防腐剂和联苯菊酯、溴***菊酯、吡虫啉、苄***菊酯等杀虫剂也可用于单板的涂刷、喷涂和浸泡,并生产相应的防腐防虫胶合板。
尽管有研究表明,臭冷杉木材经ACQ加压防腐处理后的静曲强度在整体上会略有降低,但至今尚无研究表明防腐剂预处理会削弱单板力学性能,进而影响防腐制品的物理性能,且该预处理对胶黏剂的固化和单板表面性能的影响所致胶合不佳的可能性应予以重视,尤其是在使用某个特定胶黏剂胶合经特定种类防腐剂和特定防腐剂载药量处理的单板前。防腐剂中的有机成分和金属离子的渗透可能会引起木材表面化学成分和表面活性基团的变化,进而影响其表面性能及对胶黏剂的润湿性和固化。不同防腐剂处理可能会改变单板表面的自由能、单板对液体胶的润湿性和接触角,并影响胶黏剂固化的动力学行为。曹金珍等用CCA、NW100及CBA-A防腐剂处理美国南方松,发现CCA处理材的表面自由能接近未处理材,而NW100和CBA-A防腐剂处理后,早材和晚材的表面能都有某些特定的程度的变化。彭立民等使用CCA和ACQ对人工林落叶松和杨树木材做处理,发现经过CCA处理后的木材表面的接触角变化比较小,较适合用PF树脂和间苯二酚胶合;经过ACQ处理后的木材更适合用异***酸酯进行胶合。崔举庆等[18]研究了ACQ浸渍处理竹刨花对PF树脂固化的影响,发现ACQ可延迟PF树脂的固化。Jiang等比较了三类铜基防腐剂处理黄松刨花对PF树脂固化的影响,发现与未处理黄松试样相比,三类铜基防腐剂的加入均可以使PF树脂的固化峰向高温方向挪动。Maldas等通过接触角法测定经CCA处理的红枫木材的润湿性后,发现PF树脂处理材的接触角大于90,而且达到平衡接触角的时间为未处理木材的3倍,表明处理后木材的润湿性变差。因此,经防腐处理后的木材单元一般比未处理材更难于胶合,尤其是当防腐剂载药量较高时。经过防腐剂预处理的杨木单板采用
PF树脂胶合时,发现环烷酸锌、辛酸铜和百菌清处理后的单板难以形成良好胶合,而环烷酸铜和氨***铜对胶合性能的干扰稍低。,ACQ对马尾松胶合板的胶合强度影响较小;但随着吸药量的增加($),马尾松胶合板的胶合强度迅速下降。
采用预处理法制备防腐单板类人造板产品的最大优点是可使防腐剂在产品厚度方向均匀分布,因此,在后续机械加工(砂、刨、铣等)不降低产品防腐效力的前提下,也可根据自身的需求仅在靠近制品表面的几层使用防腐剂预处理的单板,但是一定要考虑防腐处理后防腐剂对胶黏剂固化和单板性能的影响,以及适宜的防腐剂和胶黏剂的组合。此外,为避免降低防腐效力和产生挥发物污染,一定要考虑处理后的单板在干燥和热压过程中防腐剂的耐热性和挥发性。
胶层处理:胶层处理是指在胶黏剂中加入防腐剂,在胶合板或LVL的成型和胶合过程中,可使防腐剂渗透到单板中,起到防腐作用。该法多年来已应用于防腐胶合板和LVL的生产,如将有机杀虫剂***虫与PF树脂混合后喷洒到干燥的单板表面制备防腐防虫胶合板,将毒死蜱和胶黏剂混合后用来生产防白蚁和甲虫的胶合板,将辛硫磷、溴虫***与胶黏剂混合后用来生产集装箱底板用防腐胶合板。国内生产的防腐胶合板主流产品是集装箱底板用胶合板,目前主要是通过将防腐剂辛硫磷加入到胶黏剂中实现防腐效果,但辛硫磷会危害人畜健康和生态环境。刘元强等将公共卫生杀虫剂(除虫菊酯类)与胶黏剂均匀混合,逐层涂于单板表面,使杀虫剂活性成分随胶黏剂渗透到单板后组坯热压成防虫
(蛀)胶合板。其他药剂如丙环唑、戊唑醇、苄***菊酯、溴***菊酯、联苯菊酯和吡虫啉等防腐杀虫剂均可用于胶层处理法生产防腐防虫胶合板产品。
单板预处理方法中防腐制品的载药量能够最终靠单板的载药量加以控制,而胶层处理法则必须控制胶黏剂和防腐剂的合理配比,以确保最终制品中的有效成分含量。与单板预处理方法相同,胶层处理法所用防腐剂的稳定性也须由热压工序检验;其次,一定要考虑防腐剂的有效成分能否充分渗透到单板内部以保证防腐效力;再次,由于防腐剂和胶黏剂直接混合,须保证防腐剂能与胶黏剂较好地混合,形成均匀稳定的混合相,且不改变胶黏剂的使用性能。
与成品处理和单板处理法相比,胶层处理用来生产防腐制品具备方法简单、无需增加额外的处理设备和工序、无需改变生产的基本工艺等优点,并且胶合板后期的锯切、裁边、砂光等处理工序不会影响板材的防止腐烂的性能。然而,防腐剂可能会影响胶黏剂的固化,进而影响胶合板的胶合强度等力学性能,在压制板材时化学药剂成分的挥发也可能会影响处理效果。因此,胶层处理法的关键是一定要选择与所用胶黏剂具有较好相容性的防腐剂,并合理确定防腐剂与胶黏剂的配比,以保证所需的有效成分含量。此外,胶层处理法中防腐剂会随着胶黏剂一起渗透到单板内部,因此,防腐剂在产品厚度上的分布取决于有效成分能否充分渗透。为保证所需的防腐效力,生产中也需要仔细考虑胶层数量(单板厚度)、涂胶量、陈化时间、冷压和热压等工艺因素。
成品处理:成品处理即借鉴传统的实木防腐方法,采用液体化学防腐剂,对单板类制品通过表面涂刷或喷涂,或对成品板采用浸泡或加压浸渍等方法实现防腐目的。
表面涂刷或喷涂是一种临时性保护的方法,可保障制品在运输、储存和施工全套工艺流程中免受菌、虫侵害,如有机药剂、硼酸盐制剂等药剂可用于成品板表面涂刷、喷涂和浸泡,其优点是易实施、处理成本低、短期处理效果好,缺点是难以提供深度和长效的保护。
因此,在特定使用环境下,对于防腐剂载药量有要求的防腐防虫胶合板和单板层积材等产品,也可采用浸渍加压处理的方法,即将已经热压胶合的单板类产品放入加压浸渍罐中,在一定的真空度和压力条件下,充分浸渍防腐剂溶液。可用于加压处理的水载型防腐剂最重要的包含CCA、ACQ、***酸铜锌(ACZA)、铜唑一B型和硼酸钠等;非水载型防腐剂最重要的包含五***苯酚、八羟基喹啉铜和木焦油等,处理后的产品可用于木材地基和其他有高度腐朽危害的场合。如以北美鹅掌楸、南方松、花旗松和红械为原料加工的LVL,经木焦油处理后,产品可用于与地面接触或与土壤/淡水接触的场所。氨基甲酸一3一碘一2一
依实际情况添加***吡硫磷、苄***菊酯等杀虫剂后对成品板进行加压浸渍处理。
成品处理的优点是防腐剂的选择面相对较广,无需考虑防腐剂在单板干燥和热压中的耐热性和挥发性,以及防腐剂对单板性能和胶黏剂相容性问题;同时也不存在含有防腐剂的废弃物(边条和砂光粉尘等
