專利名稱：木材保護(hù)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬木材改性領(lǐng)域，特別是涉及一種用于木材處理的木材保護(hù)劑。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)木材的燃燒性及火災(zāi)的認(rèn)識(shí)日益加深，國(guó)內(nèi)外相繼探索使用多種化學(xué)方法對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理，旨在提高木材的難燃性。使其遇小火自熄，在大火中也能明顯延緩燃燒，從而贏得滅火時(shí)機(jī)。實(shí)踐證明，使用阻燃木材對(duì)減免火災(zāi)危害具有顯著的效果。目前阻燃木材、阻燃木制品已日益廣泛地為工業(yè)與建筑等領(lǐng)域采用。
人類在使用木材過(guò)程中，很早就意識(shí)到木材容易腐爛、蟲(chóng)蛀變質(zhì)，因此試圖用各種簡(jiǎn)易的方法處理木材以延長(zhǎng)其使用年限。木材經(jīng)過(guò)防腐處理，其耐久性可大大超過(guò)現(xiàn)今可供采伐和直接使用的木材，特別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，可制造的木制小橋、亭臺(tái)、樓閣、圍墻、花槽、水邊棧道、戶外坐椅等，使用年限可延長(zhǎng)到十幾年乃至幾十年。
浸注水溶性P-N系二元阻燃劑磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、聚磷酸銨等；或水溶性P-N-B系三元阻燃劑磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、聚磷酸銨等再加上硼砂或硼酸，是工業(yè)上木材阻燃處理常用的方法。這些阻燃劑成本低、毒性小、阻燃效果較好。P-N-B系阻燃劑由于磷、氮、硼三種元素的協(xié)同效應(yīng)，阻燃能力更強(qiáng)。上述阻燃劑的缺點(diǎn)是藥劑易被水瀝出，抗流失性差。阻燃處理后的木材易吸潮、阻燃劑易滲析出木材表面，使木材的油漆和粘合性能變差，如容易出現(xiàn)涂層泛白、起泡、耐老化性差以及粘合處脫膠等現(xiàn)象。
砷或硼與鉻、銅無(wú)機(jī)物組成的木材防腐劑，防腐、防蛀性能優(yōu)秀，一直被普遍采用；20世紀(jì)90年代初由美國(guó)CSI公司開(kāi)發(fā)的由季銨鹽、銅離子和氨(或胺)組成的氨(胺)溶銅季銨鹽防腐劑，現(xiàn)已在世界大部分地區(qū)推廣使用。這些防腐劑可使木材得到很好的防腐、防蛀效果，抗流失性也較好，但木材變成了淺綠色，顯得不夠自然。并且含砷、鉻的防腐劑毒性大，防腐木材廢棄物難以處理。
常用的阻燃劑和防腐劑一般都只有單一的阻燃或防腐作用，要使木材同時(shí)具有阻燃和防腐功能，必須阻燃、防腐處理工藝分開(kāi)進(jìn)行，工藝過(guò)程繁雜，并且會(huì)由于藥劑的相互影響而導(dǎo)致阻燃、防腐效果降低。如黑龍江省哈爾濱市和興路26號(hào)東北林業(yè)大學(xué)的王清文、李堅(jiān)、張世潤(rùn)、錢學(xué)仁等發(fā)明并于1997年10月8日申請(qǐng)發(fā)明專利的“木材阻燃劑的合成方法”(申請(qǐng)?zhí)?7118353.8，公開(kāi)號(hào)1213603，公告號(hào)1075760，
公開(kāi)日1999年4月14日，授權(quán)公告日2001年12月5日)提出了由脒基脲磷酸鹽與硼酸混合而成的木材阻燃劑，即主要采用雙氰胺、磷酸、硼酸和水為原料，在反應(yīng)溫度為90℃至120℃下反應(yīng)合成脒基脲磷酸鹽，然后由脒基脲磷酸鹽和硼酸復(fù)配制得阻燃劑。成分與美國(guó)木材防腐協(xié)會(huì)(木材保護(hù)劑WP木材保護(hù)劑)標(biāo)準(zhǔn)的FR-1木材阻燃劑基本一致。該阻燃劑阻燃性能優(yōu)良，并具有一定的防腐能力，而且毒性低、吸濕性小、使用過(guò)程中不產(chǎn)生污染物。但這一類藥劑的防腐能力是很有限的，處理的木材似乎不宜作為防腐、防蛀材來(lái)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既能阻燃、又能防腐、且還具有抗流失性的木材保護(hù)劑。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L，余量為水。
其優(yōu)選實(shí)施方式它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
所述軟水劑采用焦磷酸鈉、或三聚磷酸鈉、或其混合物。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑、硅溶膠和硅烷偶聯(lián)劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L，余量為水。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚分散劑、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。其最優(yōu)實(shí)施方式磷酸二氰二胺75～85g/L、硼酸15～20g/L、季銨鹽9～12g/L、烷基酚醚分散劑1～2.5g/L、硅溶膠18～20g/L、硅烷偶聯(lián)劑1.0～1.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
還可在上述各種配比的原料中加入低級(jí)醇類助溶劑4～15g/L，優(yōu)選配比為另加入10～15g/L；所述低級(jí)醇類助溶劑包括甲醇、乙醇。上述各原料組份中所述季銨鹽包括烷基二甲基乙酸銨、烷基二甲基芐基氯化銨、二烷基二甲基氯化銨或烷基三甲基乙酸銨中的任一種或任意組合；烷基酚醚類分散劑采用烷基酚聚氧乙烯醚。
所述硅溶膠的粒徑為2nm～≤10nm。優(yōu)選硅溶膠的粒徑為4～5nm。所述硅溶膠屬膠體溶液，無(wú)臭、無(wú)毒，分子式可表示為mSiO2.nH2O。
所述硅烷偶聯(lián)劑選擇KH硅烷系列，KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-縮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)，或其任意組合。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明處理后的木材可同時(shí)獲得優(yōu)良的、具有抗流失性的阻燃和防腐功能(下稱阻燃-防腐材)，并且木材的物理力學(xué)性能如外觀、顏色、強(qiáng)度和硬度等幾乎不受影響。它可廣泛應(yīng)用于各種木材加工處理。
具體實(shí)施例方式
木材的阻燃、防腐處理常用工藝是將水溶性藥劑浸注進(jìn)木材內(nèi)部，然后干燥至木材含水率8～12％左右使用。藥劑與木材的結(jié)合力、藥劑在木材中的吸附穩(wěn)定性等，即阻燃(或防腐)材的抗流失性直接影響其阻燃(或防腐)的耐久性及油漆、粘合等使用性能。戶外使用的防腐材要求抗流失性相對(duì)更高，防腐劑通常得含有銅鹽和/或鉻鹽，導(dǎo)致木材變成淡綠色。一些場(chǎng)合，如木結(jié)構(gòu)房屋、廟宇、園林景觀建筑、游樂(lè)場(chǎng)設(shè)施等要求使用的木材是阻燃-防腐材，并且最好材色天然，與木材原來(lái)外觀顏色一致或接近。
要使木材一次浸注藥劑便成為具有抗流失性的阻燃-防腐材，并且木材的外觀和顏色幾乎不受影響，所使用的藥劑要求阻燃、防腐有效成分的阻燃、防腐效果好，藥劑在木材中的固定性強(qiáng)且吸潮性要低，并且避免會(huì)使木材變色的添加成分如銅鹽、鉻鹽等的加入。
本發(fā)明的木材保護(hù)劑由磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚分散劑、低級(jí)醇類助溶劑、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑和軟水劑組成。其中阻燃有效成分為磷酸二氰二胺和硼酸，形成了P-N-B三元素協(xié)同效應(yīng)阻燃劑；防腐活性物質(zhì)是季銨鹽和硼酸。季銨鹽是一類與木材結(jié)合性強(qiáng)的高效防腐劑，具有用量少、防腐性能高之特點(diǎn)，它與硼酸一起使本木材保護(hù)劑具有理想的防腐、防蛀、防霉能力；硅溶膠和硅烷偶聯(lián)劑的作用主要是讓阻燃劑、防腐劑固定在木材，使得處理材具有防潮、抗流失性。硅溶膠又稱膠體二氧化硅，是一種微帶藍(lán)色乳光的膠體溶液，具有較大的比表面積、較強(qiáng)的吸附性，干燥后可形成一個(gè)透明層而不再溶于水；烷基酚醚分散劑和低級(jí)醇類助溶劑是為了增加木材保護(hù)劑的貯存、使用穩(wěn)定性而加入。季銨鹽的水溶液呈弱堿性，而磷酸二氰二胺和硼酸的水溶液呈弱酸性，三者混合后季銨鹽容易析出分層。烷基酚醚分散劑和低級(jí)醇類助溶劑的存在，使季銨鹽能穩(wěn)定地分散溶解，在貯存、使用過(guò)程中不會(huì)析出分層。
上述木材保護(hù)劑原料中，所述低級(jí)醇類助溶劑可以采用甲醇、乙醇、異丙醇等。上述各原料組份中所述季銨鹽包括烷基二甲基乙酸銨、烷基二甲基芐基氯化銨、二烷基二甲基氯化銨或烷基三甲基乙酸銨中的任一種或任意組合；所述硅溶膠的粒徑為2nm～≤10nm，最好為4～5nm粒徑，所述硅溶膠屬膠體溶液，無(wú)臭、無(wú)毒，分子式可表示為mSiO2.nH2O。所述硅烷偶聯(lián)劑選擇KH硅烷系列，KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-縮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)，或其任意組合。作為烷基酚醚分散劑使用的是一類長(zhǎng)鏈水溶性有機(jī)高聚物，含有酰胺、酮和/或羥基等基團(tuán)，聚合度為500±50左右比較合適，過(guò)小起不到季銨鹽穩(wěn)定作用，過(guò)大使得木材保護(hù)劑粘度增加較多，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。低級(jí)醇類助溶劑為具有一定水溶性的有機(jī)溶劑，可增加季銨鹽和水的親和力；軟水劑起到軟化水的作用，采用焦磷酸鈉和/或三聚磷酸鈉。
本木材保護(hù)劑的原料配比范圍如下
磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚分散劑1～2.5g/L、低級(jí)醇類助溶劑4～15g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L、軟水劑0.5～1.5g/L、水余量。
本木材保護(hù)劑的原料最佳配比為磷酸二氰二胺75～85g/L、硼酸15～20g/L、季銨鹽9～12g/L、烷基酚醚分散劑1～2.5g/L、低級(jí)醇類助溶劑10～15g/L、硅溶膠18～20g/L、硅烷偶聯(lián)劑1.0～1.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L、水余量。
本發(fā)明的木材保護(hù)劑處理木材采用浸注法，處理材自然或烘烤干燥至適當(dāng)?shù)暮屎蟊憧墒褂谩５玫降目沽魇宰枞?防腐材，無(wú)毒、無(wú)刺激性，外觀、顏色、亮度和原木基本一致，油漆、粘合性能不降低(大多數(shù)木材還得到改善)，強(qiáng)度、硬度、密度等木材物理力學(xué)性能也有所增強(qiáng)。其阻燃效果符合GB8264“B1級(jí)難燃材料”要求；其防腐、防蛀、防霉能力達(dá)到或基本達(dá)到用CC木材保護(hù)劑(鉻-銅-砷化物)、CCB(鉻-銅-硼化物)和木材保護(hù)劑CQ(氨<胺>溶銅季銨鹽)等防腐劑處理的防腐材的效果。
實(shí)施例1，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L，余量為水。
實(shí)施例2，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。所述軟水劑采用焦磷酸鈉、或三聚磷酸鈉、或其混合物。
實(shí)施例3，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑、硅溶膠和硅烷偶聯(lián)劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L，余量為水。
實(shí)施例4，它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
實(shí)施例5，磷酸二氰二胺75～85g/L、硼酸15～20g/L、季銨鹽9～12g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠18～20g/L、硅烷偶聯(lián)劑1.0～1.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
實(shí)施例6，往攪拌釜中加入水800kg、焦磷酸鈉0.5kg、三聚磷酸鈉0.5kg，攪拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺65kg、硼酸35kg，攪拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散劑1.5kg、低級(jí)醇類助溶劑5kg，繼續(xù)攪拌下慢慢加入十二烷基二甲基乙酸銨6kg、十二烷基二甲基芐基氯化銨8kg。攪拌10nim后，加入硅溶膠CH83-120(粒徑8~10nm)15kg，然后加入KH-560硅烷偶聯(lián)劑1kg攪拌10min。最后補(bǔ)加水至總物料量為1000kg，攪拌10min后出料得本木材保護(hù)劑。
實(shí)施例7，往攪拌釜中加入水800kg、焦磷酸鈉1.5kg，攪拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺85kg、硼酸20kg，攪拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散劑2.5kg、低級(jí)醇類助溶劑10kg，繼續(xù)攪拌下慢慢加入十二烷基二甲基乙酸銨3.5kg、二癸基二甲基氯化銨3.5kg。攪拌10nim后，加入硅溶膠CH83-120C(粒徑4～5nm)20kg，然后加入KH-550硅烷偶聯(lián)劑0.5kg攪拌10min。最后補(bǔ)加水至總物料量為1000kg，攪拌10min后出料得本木材保護(hù)劑。
實(shí)施例8，往攪拌釜中加入水800kg、焦磷酸鈉1kg、三聚磷酸鈉0.5kg，攪拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺100kg、硼酸25kg，攪拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散劑1kg、低級(jí)醇類助溶劑5kg，繼續(xù)攪拌下慢慢加入十二烷基二甲基芐基氯化銨15kg。攪拌10nim后，加入硅溶膠CH83-120C(粒徑4～5nm)25kg，然后加入KH-570硅烷偶聯(lián)劑1.5kg攪拌10min。最后補(bǔ)加水至總物料量為1000kg，攪拌10min后出料得本木材保護(hù)劑。
實(shí)施例9，往攪拌釜中加入水800kg、三聚磷酸鈉1.5kg，攪拌5～10mim后，加入磷酸二氰二胺85kg、硼酸15kg，攪拌至溶解完全。加入烷基酚醚分散劑2.5kg、低級(jí)醇類助溶劑12kg，繼續(xù)攪拌下慢慢加入二癸基二甲基氯化銨8kg。攪拌10nim后，加入硅溶膠CH83-120C(粒徑4～5nm)12kg，然后加入KH-550硅烷偶聯(lián)劑1kg攪拌10min。最后補(bǔ)加水至總物料量為1000kg，攪拌10min后出料得本木材保護(hù)劑。
權(quán)利要求
1.一種木材保護(hù)劑，其特征是它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材保護(hù)劑，其特征是它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的木材保護(hù)劑，其特征是所述軟水劑采用焦磷酸鈉、或三聚磷酸鈉、或其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材保護(hù)劑，其特征是它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑、硅溶膠和硅烷偶聯(lián)劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L，余量為水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的木材保護(hù)劑，其特征是它含有磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚類分散劑、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑和軟水劑；各原料配比為磷酸二氰二胺60～125g/L、硼酸15～45g/L、季銨鹽6～15g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠12～25g/L、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的木材保護(hù)劑，其特征是磷酸二氰二胺75～85g/L、硼酸15～20g/L、季銨鹽9～12g/L、烷基酚醚類分散劑1～2.5g/L、硅溶膠18～20g/L、硅烷偶聯(lián)劑1.0～1.5g/L、軟水劑0.5～1.5g/L，余量為水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5或6所述的木材保護(hù)劑，其特征是在其原料中加入低級(jí)醇類助溶劑4～15g/L，優(yōu)選配比為10～15g/L，所述低級(jí)醇類助溶劑包括甲醇、乙醇；在各原料組份中所述季銨鹽包括烷基二甲基乙酸銨、烷基二甲基芐基氯化銨、二烷基二甲基氯化銨或烷基三甲基乙酸銨中的任一種或任意組合；烷基酚醚類分散劑采用烷基酚聚氧乙烯醚。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5、或6所述的木材保護(hù)劑，其特征是所述硅溶膠的粒徑為2nm～≤10nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的木材保護(hù)劑，其特征是硅溶膠的粒徑為4～5nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、或6所述的木材保護(hù)劑，其特征是所述硅烷偶聯(lián)劑選擇KH硅烷系列，包括KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(γ-縮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)，或其任意組合。
全文摘要
一種木材保護(hù)劑，它屬于一種用于木材阻燃、防腐處理用的木材保護(hù)劑。它主要是解決現(xiàn)有木材保護(hù)劑能阻燃、則不能防腐、或不具有抗流失性等技術(shù)問(wèn)題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是它由磷酸二氰二胺、硼酸、季銨鹽、烷基酚醚分散劑、低級(jí)醇類助溶劑、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、軟水劑和水組成。采用本發(fā)明處理后的木材可同時(shí)獲得具有抗流失性的阻燃和防腐功能，并且木材的物理力學(xué)性能如外觀、顏色、強(qiáng)度和硬度等幾乎不受影響，它可廣泛應(yīng)用于各種木材加工處理。
文檔編號(hào)B27K3/52GK1727142SQ20041004707
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者龍有前, 肖鑫, 吳子良, 孟慶偉, 鐘萍, 莫麗華, 梁曉理 申請(qǐng)人:龍有前, 肖鑫, 吳子良