对环境友好的木材处理工艺制造技术

为了延长木材的使用期需要防止腐烂和真菌的滋生。现今使用的最常见的物质不是环境友好的，需要更换为更环保的选择。很长一段时间以来，已知水玻璃或硅酸钠具有赋予木材防腐烂性和耐真菌性，此外还赋予阻燃性的性质。本发明专利技术公开了一种处理木材以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的方法。本发明专利技术的木材处理方法，包括以下步骤：提供木质材料，并提供在室温下或在15～35°C的温度范围内稳定的水基制剂。本发明专利技术的水基制剂基本上由碱金属硅酸盐、水和不溶解化试剂构成，其中不溶解化试剂选自有机酸、无机酸或无机多价离子，其加入的量低于制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量。此外，所述木材处理方法包括如下步骤：将水基制剂应用到木质材料上，并在任意给定的温度下干燥经水基制剂处理的木质材料，以去除过量的水，并在升高的温度下熟成所述干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对环境友好的木材处理工艺
本专利技术涉及一种环境友好型的木材处理工艺。背景本专利技术背景和现有技术木质产品被广泛用在许多应用领域，包括建筑和家具。作为一种可再生资源，在建筑物建造和其它应用领域更广泛地利用木材是非常可取的。然而，当使用木质材料建造以及用于户外应用时，一个主要问题是其固有的生物降解性和较差的耐火性。为了防止腐烂、真菌和昆虫引起的木材退化和/或使其更耐火，木材行业用不同的化学物质处理木材。传统上，各种杀生物剂和杀虫剂，如铜基盐(如铜铬砷酸盐(CCA))、硼酸盐、煤焦杂酚油等被用作木材防腐剂。以相同的方式，如今普遍使用的各种阻燃剂是基于含溴化合物或磷酸盐的。然而，所有这些化合物，如果从木材中浸出的话，将对环境有负面影响。出于这个原因，在过去的几十年，保护木材的新手段吸引了研究者的关注。硅是自然界最常见的元素之一，且它作为固有的环境友好物质在许多应用领域已获得青睐。基于这个原因，使用碱金属硅酸盐处理木材被广泛地研究。自19世纪以来，已经知晓碱金属硅酸盐处理过的木材的阻燃性能(参见美国专利No.63,618)。在过去的二十年中，一些研究还考察了作为防止真菌侵蚀的木材防腐剂的碱金属硅酸盐的性质(综述参见MaiC.和H.Militz.(2004)Modificationofwoodwithsiliconcompounds,inorganicsiliconcompoundsandsolgelsystems:areview.WoodSciTechnol37:339-348)。然而，当使用碱金属硅酸盐作为木材防腐剂时，一个主要的问题是其水溶性。特别是硅酸钠(俗称水玻璃)，其在水中极易溶解。当处于室外条件，例如雨水，或者被置于水中时，硅酸钠溶解并从处理过的木材中浸出。因此，该领域最近的研究重点是解决浸出问题。一种使硅酸钠不溶于水的方法是使硅酸钠单体聚合为长的聚合链。当酸化硅酸钠溶液时，这种反应很容易发生。已经开发了几种方法，其中木材首先用硅酸钠处理和其后进行酸性溶液处理(参见，例如FurunoT.和Y.Imamura.(1998).CombinationsofwoodandsilicatePart6.Biologicalresistanceofwood-mineralcompositesusingwaterglass-boroncompoundsystems.WoodSciTechnol23:161-170；美国专利1,900,212；美国专利4,612,050；美国专利5,205,874)。另一种方法是促进硅酸钠单体和多价离子之间形成复合物。特别地，已使用硼酸、铝、钙和镁的盐。已经开发了类似的使用酸性溶液的两步法，其中，木质材料首先用硅酸盐溶液处理，然后用包含复合物粘合剂的溶液处理(例如，参见美国专利3,974,318；US2005/0129861A1)。但是，即使硅酸钠作为木材防腐剂的性能已经广为人知，却并没有被该行业广泛地接受。一个主要的原因是成本高，涉及多步应用。在如真空-压力浸渍木材的大规模工业应用中，工艺成本必须保持在最低限度。由于在两步骤之间木材需要进行干燥，这是高成本的，因而上述的两步工艺是困难和不经济的方法。为了解决这个问题，已经进行了一些研究。例如：美国专利No7,297,411描述了如下方法，在该方法中，木质材料用硅酸钠处理，然后在升高的温度下干燥木材，以使硅酸钠不溶解。然而，当使用这种方法时，需要非常高的温度(>200°C)，以使所有的硅酸钠不溶解，这使得该方法成本高昂并且能耗高。国际专利申请WO02/078865描述了如下方法，在该方法中，硼酸和硅酸钠在一个溶液中混合。根据该专利技术，调整加入到硅酸钠中的硼酸的量的水平使得该制剂保存期长(不胶凝或沉淀)但在对处理过的木材进行干燥时开始聚合。然而，硼酸是杀生物剂，因而对生态系统有害。因此，为使碱金属硅酸盐不溶解而使用无毒的有机酸(如柠檬酸、酒石酸等)会是更为环境友好的解决方案。根据美国专利No4,612,050，硅酸钠、柠檬酸和粘土混合在一起形成单一溶液。加入到硅酸钠的柠檬酸的量调整到使该制剂保持处于所谓的初始胶凝条件(incipientjellingcondition)的条件下。当该溶液应用在木材上时，部分硅酸钠聚合，从而变得不溶解。但是，即使处理过的木材中的一些硅酸钠在该溶液处理后成为不溶解的，很大一部分硅酸钠仍然是可溶的且在接触到水时可浸出。如本文所述，存在许多方式来解决碱金属硅酸盐在水中溶解的技术问题。然而，仍然缺乏一种工业上可行的、完全环境友好方法来使用硅酸钠作为木材防腐剂。仍然需要使用含有硅酸钠的木材防腐剂使得木质材料的耐水性好的工业方法，并且还是其中木材防腐剂不从经处理的木材中浸出的方法。专利技术目的本专利技术涉及一种新型环境友好、工业上可行的处理木材(wood)的方法和利用该方法处理的木质材料(woodenmaterial)。特别地，本专利技术涉及木材处理方法，该方法是工业上可行的，并且完全环境友好，其中，木材防腐剂(woodpreservative)不从经处理的木材中浸出(leachout)。根据本专利技术的方法处理过的木材的特征还在于其具有对白蚁、真菌和火的耐性。专利技术概要本专利技术描述了一种处理木材以提高木质材料阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的方法。本专利技术的木材处理方法，包括以下步骤：a)提供木质材料和提供水基制剂(waterbasedformulation)，该制剂在室温下或在15～35°C的温度范围稳定；b)提供本专利技术的水基制剂，其基本上由碱金属硅酸盐、水和不溶解化试剂(insolubilizationagent)构成，该不溶解化试剂选自有机酸、无机酸或无机多价离子，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量；c)将水基制剂应用到木质材料上；d)在任何给定温度下干燥经所述水基制剂处理过的木质材料，以去除过量的水；以及e)在升高的温度下熟成(curing)已干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解。在另一个实施方式中，本专利技术描述了一种处理木材以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的方法。本专利技术的木材处理方法包括以下步骤；处理木质材料以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的压力浸渍法(pressureimpregnationmethod)，其中，使用水基制剂处理木质材料，并包括以下步骤：a)提供木质材料，放置该木质材料到真空-压力浸渍容器内；b)提供水基制剂，该制剂在室温下或在15～35°C的温度范围稳定，并且主要由下述成分构成；-碱金属硅酸盐-水-不溶解化试剂，其选自有机酸、无机酸或无机多价离子，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量；c)通过将所述水基制剂添加到压力浸渍容器来将水基制剂应用到木质材料上；d)使所述浸渍容器和内容物(content)处于高于90%的真空10～40分钟；e)使所述浸渍容器和内容物处于6～16巴的压力20分钟～12小时；f)使所述浸渍容器和内容物处于高于90%的真空10～40分钟；g)在任何给定温度下干燥经所述水基制剂处理过的木质材料，以去除过量的水；以及h)在升高的温度下熟成已干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解。进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.29 SE 1051256-41.一种处理木质材料以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的方法，其中使用水基制剂处理木质材料，并包括以下步骤：a)提供木质材料；b)提供水基制剂，该制剂在15～35℃的温度范围稳定，并且包含：-碱金属硅酸盐-水-不溶解化试剂，该不溶解化试剂选自有机酸、无机酸或选自下列的无机多价离子：Al3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Ba2+或具有抗衡离子的CaCl2、MgCl2、FeCl2或它们的组合，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量；并且其中相对水基制剂的总重量％，碱金属硅酸盐的重量％为1％w/w～50％w/w，并且c)将水基制剂应用到木质材料上；d)在任何给定温度下干燥经所述水基制剂处理过的木质材料，以去除过量的水；以及e)在升高的温度下熟成已干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解；其中，不溶解化试剂的使用量比使水基制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量低至少10重量％；稳定的制剂在15～35℃的温度范围的保存期长于一个月；制剂的pH为11或更高。2.根据权利要求1的处理木质材料以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的方法，其中使用水基制剂处理木质材料，并包括以下步骤：a)提供木质材料；b)提供水基制剂，该制剂在室温下稳定，并且包含：-碱金属硅酸盐-水-不溶解化试剂，该不溶解化试剂选自有机酸、无机酸或选自下列的无机多价离子：Al3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Ba2+或具有抗衡离子的CaCl2、MgCl2、FeCl2或它们的组合，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量；并且其中相对水基制剂的总重量％，碱金属硅酸盐的重量％为1％w/w～50％w/w，并且c)将水基制剂应用到木质材料上；d)在任何给定温度下干燥经所述水基制剂处理过的木质材料，以去除过量的水；以及e)在升高的温度下熟成已干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解；其中，不溶解化试剂的使用量比使水基制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量低至少10重量％；稳定的制剂在室温的保存期长于一个月；制剂的pH为11或更高。3.根据权利要求1或2的方法，其中相对水基制剂的总重量％，碱金属硅酸盐的重量％为5％w/w～30％w/w。4.根据权利要求1或2的方法，其中相对水基制剂的总重量％，碱金属硅酸盐的重量％为10％w/w～20％w/w。5.一种处理木质材料以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的压力浸渍方法，其中使用水基制剂处理木质材料，并包括以下步骤：a)提供木质材料，放置该木质材料到真空-压力浸渍容器内；b)提供水基制剂，该制剂在15～35℃的温度范围稳定，并且主要由下述成分构成；-碱金属硅酸盐-水-不溶解化试剂，其选自有机酸、无机酸或无机多价离子，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量，所述无机多价离子选自：Al3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Ba2+或具有抗衡离子的CaCl2、MgCl2、FeCl2或它们的组合；c)通过将所述水基制剂添加到压力浸渍容器来将水基制剂应用到木质材料上；d)使所述浸渍容器和内容物处于高于90％的真空10～40分钟；e)使所述浸渍容器和内容物处于6～16巴的压力20分钟～12小时；f)使所述浸渍容器和内容物处于高于90％的真空10～40分钟；g)在任何给定温度下干燥经所述水基制剂处理过的木质材料，以去除过量的水；以及h)在升高的温度下熟成已干燥的木质材料，以使碱金属硅酸盐不溶解；其中，不溶解化试剂的使用量比使水基制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量低至少10重量％；稳定的制剂在15～35℃的温度范围的保存期长于一个月；制剂的pH为11或更高。6.根据权利要求5的处理木质材料以提高木质材料的阻燃性能以及对腐烂、真菌、霉菌和昆虫的耐性的压力浸渍方法，其中使用水基制剂处理木质材料，并包括以下步骤：a)提供木质材料，放置该木质材料到真空-压力浸渍容器内；b)提供水基制剂，该制剂在室温下稳定，并且主要由下述成分构成；-碱金属硅酸盐-水-不溶解化试剂，其选自有机酸、无机酸或无机多价离子，其添加量低于使制剂达到胶凝点所需的不溶解化试剂的量，所述无机多价离子选自：Al3+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Ba2+或具有抗衡离子的CaCl2、MgCl2、FeCl2或它们的组合；c)通过将所述水基制剂添加到压力浸渍容器来将水基制剂应用到木质材料上；d)使所述浸渍容器和内容物处于高于90％的真...

【专利技术属性】
技术研发人员：M赫尔伯格，A奥恩，
申请(专利权)人：奥加诺克里克有限责任公司，
类型：
国别省市：