木材防腐是用含有防腐、防蟲作用的防腐劑在原木上進行預防性處理,防止原木遭到變色菌、木腐菌、木材害蟲等生物的侵害,保持原木的品質。
01 減少貯存與運輸過程中的損失
木材防腐可避免原木在貯存和運輸中的變質,儘量避免鋸掉變質端頭而造成損失,節約木材。
02 減少加工過程中的損失
國內外很多企業,因為在加工過程中沒有進行充分的防變色、防黴處理,導致木材進一步加工時或出口後出現變色,不得不刨掉或鋸掉木材外觀和端頭已變色的部分,出口材還受到索賠,造成進一步的經濟損失。
03 延伸木材的使用壽命
不僅溼木材在貯存、加工、運輸過程中易發生變色、腐朽、蟲蛀,木製品和木結構在使用過程中若不注意防護,其使用壽命也會大打折扣,進行維修、替換就必然要使用更多的木材,這也是一種經濟損失。
04 擴大木材的用途
新型木材防腐劑的開發與應用,使防腐木材的安全性大大進步。防腐木材的應用範圍擴大,尤其是戶外應用,如兒童遊樂設施、景觀作品、園林木結構、水景步道、橋樑等。
防腐劑的種類
傳統的木材防腐劑根據其介質和有效成分不同可分為 3大類:
01 焦油型(TO)
焦油型防腐劑包括煤焦油和瀝青等。
它們多是煤炭和石油產品的副產品,主要用於鐵路枕木等不影響環境美觀的場所。
02 有機溶劑型(OS)
有機溶劑型防腐劑主要是一些以有機溶劑為載體的化學防腐劑,該類防腐劑既可用於木材的表面處理,也可進行加壓滲透處理。
03 水溶型(WO)
水溶型防腐劑包括一些水溶性金屬複鹽類,主要有銅鉻砷(CCA)、銅鉻硼(CCB)等,其中 CCA 的使用量最大,約佔水溶性防腐劑使用量的 60%。
為了使該類防腐劑更能發揮作用,並減少對人的毒性和增加環境的安全性,常在真空加壓法中使用。
這些傳統木材防腐劑取得了較好的防腐效果,但會對環境產生汙染,並透過生物濃縮和食物鏈作用,使得藥劑在生物體內積累、殘留,甚至造成致癌、致畸、基因突變等慢性毒害,給環境和人體帶來不利影響。
目前,木材防腐劑正在向低(無)毒方向快速發展,一些新型防腐劑相繼面世,更有植物源、動物源和微生物源中提取的生物質防腐劑,具有天然防腐效能,對人畜、環境無公害,是今後木材防腐研究的重要方向。
銅基防腐劑
以銅為主劑的防腐劑的研製,將被用來替代CCA等含鉻、砷防腐劑。
銅基防腐劑主要包括銅季胺鹽(ACQ)、銅唑(CA)等,是繼 CCA 之後出現的環保型保護劑,廣泛應用於北美地區,在國內也展開了大量的研究和應用。
銅基防腐劑以鹼性溶劑溶解銅製成水溶液,這種防腐劑在使用過程中存在顏色灰暗、腐蝕金屬、易長黴和抗流失性差等缺點。
硼基防腐劑
儘管銅的毒性較低,但長期使用會在水體和土壤中蓄積,具有潛在危害,因此含銅等金屬化合物的防腐劑也日益受到國際社會的質疑,特別是在歐洲國家,不含重金屬的防腐劑已成為很多國家研究和應用的新方向。
硼鹽因具有毒性低、抗菌防蟲、阻燃等多功能特性,是木質門窗、桁架等產品的常用保護劑。硼酸和硼砂是應用較早的防腐防變色劑,已有50多年的歷史,且至今未發現腐朽菌對硼鹽會產生抗藥性。
生物質木材防腐劑
木材提取物
木材是天然生長形成的有機物,90%以上的成分是纖維素、半纖維素和木質素等,剩下不到10%的木材提取物卻對木材的性質起著至關重要的作用。
這些提取物有的含有特殊的化學物質,有的具有獨特的氣味,有的具有毒性,可對木材腐朽菌、黴菌、蟲蟻等產生不同程度的抑制和毒殺作用。
中藥活性成分
經研究發現,一些中藥成分對細菌的細胞壁結構和細胞質產生了破壞,從而抑制了細菌的生長,並且透過抑制細菌蛋白和酶的合成,抑制DNA的合成,菌體逐步解體直至死亡。
植物精油
植物精油是從草本植物的根、莖、葉、花、果實和種子等提取的芳香物質,分子小,易被細胞吸收。柑橘類植物的揮發性成分是一種特有的芳香類物質,可作為防蟲劑使用,已經被建議用作木材防腐劑。
殼聚糖及其衍生物
除了來自植物源的提取物,來自動物源的提取物殼聚糖及其衍生物的抑菌效果也不容小覷。
殼聚糖又稱脫乙醯甲殼素,從蝦、蟹等甲殼動物中提取,是一種天然鹼性高分子多糖,具有無味、無臭、無毒的特性,易溶於弱酸性溶劑。
拮抗菌
拮抗菌是指一種真菌,透過產生某種物質對另一種真菌的生長產生抑制作用。
拮抗作用是微生物界的普遍現象,某種生物所產生的某種代謝產物可抑制其他種生物的生長髮育,甚至殺死他們。
生物質木材防腐劑有著傳統木材防腐劑無可比擬的優勢,它取自自然界動、植物等生物質,原料範圍廣,且無毒無害,並可自然降解,不會對人體及環境產生不利影響。
但是就目前的工藝而言,提純難度大,工業化生產效率不高,國內外對其研究還不夠成熟,儘管如此,其安全高效的優勢決定其必然是今後木材防腐劑的發展趨勢。
防腐工藝
木材的多孔性使其能夠採用多種方式注入防腐劑,如浸泡、塗刷、噴淋、真空加壓等。不同的木材滲透性不同,不同生物危害等級中使用的木材載藥量和滲入度要求也不同,工廠要根據需要選擇合適的防腐工藝。
01 浸泡、塗刷和噴淋
浸泡、塗刷和噴淋法,防腐劑的保持量以及滲人深度都不會很大,只能使防腐劑進入木材表層,且分佈不均勻,適合使用在較容易滲透的木材上。
02 冷熱法
冷熱槽處理是常壓下效果最好的處理方法,利用木材從熱劑到冷劑產生的空氣壓力差吸收藥劑,滲透效果優於直接浸漬法,但仍限於表面處理,適用於對防腐要求不高的木材處理。
03 加壓注入法
加壓注入是最常用的木材防腐處理方式,在美國約 90%以上的防腐木採用加壓處理。
加壓處理前抽真空能夠排出木材中的空氣,有利於防腐劑的進入。
難滲透木材需要採用頻壓增加防腐劑處理的保持量和滲透深度。有些尺寸大或者難滲透的木材還需要先刻痕再處理。
04 擴散法
擴散法是運用的分子擴散規律, 主要是利用的木材之中的水分。水載防腐劑會從高濃度向低濃度進行擴散, 讓防腐劑成分能夠被輸送到木材之中。
擴散法對於新採伐木材或含水率高的木材處理效果好,但由於處理時間長,大規模處理較少,但在古建築維護和木門窗、柱子等防腐處理中有應用。
05 氣相處理
氣相處理可以使藥劑充分進入木材細胞壁,實現利用少量藥劑達到高效防腐的目的。
這些處理藥劑通常不與木材發生反應,藥劑也很難留存與木材中,因此起到暫時的保護作用。
若選擇合適的藥劑和氣相處理方式結合,使藥劑能留存於或者反應在木材上,就能實現長效防護。
縱觀國內外木材防腐行業的發展,防腐劑的配方已經從以重金屬元素為主邁向以非金屬或有機殺菌劑為主,適應環境保護的非金屬防腐劑配方將成為未來木材防腐劑發展的方向。
此外,以木材改性為主、防腐劑為輔的綜合保護工藝,將成為解決木材腐朽、開裂和蟲蛀等問題的重要途徑。
木材防腐是用含有防腐、防蟲作用的防腐劑在原木上進行預防性處理,防止原木遭到變色菌、木腐菌、木材害蟲等生物的侵害,保持原木的品質。
01 減少貯存與運輸過程中的損失
木材防腐可避免原木在貯存和運輸中的變質,儘量避免鋸掉變質端頭而造成損失,節約木材。
02 減少加工過程中的損失
國內外很多企業,因為在加工過程中沒有進行充分的防變色、防黴處理,導致木材進一步加工時或出口後出現變色,不得不刨掉或鋸掉木材外觀和端頭已變色的部分,出口材還受到索賠,造成進一步的經濟損失。
03 延伸木材的使用壽命
不僅溼木材在貯存、加工、運輸過程中易發生變色、腐朽、蟲蛀,木製品和木結構在使用過程中若不注意防護,其使用壽命也會大打折扣,進行維修、替換就必然要使用更多的木材,這也是一種經濟損失。
04 擴大木材的用途
新型木材防腐劑的開發與應用,使防腐木材的安全性大大進步。防腐木材的應用範圍擴大,尤其是戶外應用,如兒童遊樂設施、景觀作品、園林木結構、水景步道、橋樑等。
防腐劑的種類
傳統的木材防腐劑根據其介質和有效成分不同可分為 3大類:
01 焦油型(TO)
焦油型防腐劑包括煤焦油和瀝青等。
它們多是煤炭和石油產品的副產品,主要用於鐵路枕木等不影響環境美觀的場所。
02 有機溶劑型(OS)
有機溶劑型防腐劑主要是一些以有機溶劑為載體的化學防腐劑,該類防腐劑既可用於木材的表面處理,也可進行加壓滲透處理。
03 水溶型(WO)
水溶型防腐劑包括一些水溶性金屬複鹽類,主要有銅鉻砷(CCA)、銅鉻硼(CCB)等,其中 CCA 的使用量最大,約佔水溶性防腐劑使用量的 60%。
為了使該類防腐劑更能發揮作用,並減少對人的毒性和增加環境的安全性,常在真空加壓法中使用。
這些傳統木材防腐劑取得了較好的防腐效果,但會對環境產生汙染,並透過生物濃縮和食物鏈作用,使得藥劑在生物體內積累、殘留,甚至造成致癌、致畸、基因突變等慢性毒害,給環境和人體帶來不利影響。
目前,木材防腐劑正在向低(無)毒方向快速發展,一些新型防腐劑相繼面世,更有植物源、動物源和微生物源中提取的生物質防腐劑,具有天然防腐效能,對人畜、環境無公害,是今後木材防腐研究的重要方向。
銅基防腐劑
以銅為主劑的防腐劑的研製,將被用來替代CCA等含鉻、砷防腐劑。
銅基防腐劑主要包括銅季胺鹽(ACQ)、銅唑(CA)等,是繼 CCA 之後出現的環保型保護劑,廣泛應用於北美地區,在國內也展開了大量的研究和應用。
銅基防腐劑以鹼性溶劑溶解銅製成水溶液,這種防腐劑在使用過程中存在顏色灰暗、腐蝕金屬、易長黴和抗流失性差等缺點。
硼基防腐劑
儘管銅的毒性較低,但長期使用會在水體和土壤中蓄積,具有潛在危害,因此含銅等金屬化合物的防腐劑也日益受到國際社會的質疑,特別是在歐洲國家,不含重金屬的防腐劑已成為很多國家研究和應用的新方向。
硼鹽因具有毒性低、抗菌防蟲、阻燃等多功能特性,是木質門窗、桁架等產品的常用保護劑。硼酸和硼砂是應用較早的防腐防變色劑,已有50多年的歷史,且至今未發現腐朽菌對硼鹽會產生抗藥性。
生物質木材防腐劑
木材提取物
木材是天然生長形成的有機物,90%以上的成分是纖維素、半纖維素和木質素等,剩下不到10%的木材提取物卻對木材的性質起著至關重要的作用。
這些提取物有的含有特殊的化學物質,有的具有獨特的氣味,有的具有毒性,可對木材腐朽菌、黴菌、蟲蟻等產生不同程度的抑制和毒殺作用。
中藥活性成分
經研究發現,一些中藥成分對細菌的細胞壁結構和細胞質產生了破壞,從而抑制了細菌的生長,並且透過抑制細菌蛋白和酶的合成,抑制DNA的合成,菌體逐步解體直至死亡。
植物精油
植物精油是從草本植物的根、莖、葉、花、果實和種子等提取的芳香物質,分子小,易被細胞吸收。柑橘類植物的揮發性成分是一種特有的芳香類物質,可作為防蟲劑使用,已經被建議用作木材防腐劑。
殼聚糖及其衍生物
除了來自植物源的提取物,來自動物源的提取物殼聚糖及其衍生物的抑菌效果也不容小覷。
殼聚糖又稱脫乙醯甲殼素,從蝦、蟹等甲殼動物中提取,是一種天然鹼性高分子多糖,具有無味、無臭、無毒的特性,易溶於弱酸性溶劑。
拮抗菌
拮抗菌是指一種真菌,透過產生某種物質對另一種真菌的生長產生抑制作用。
拮抗作用是微生物界的普遍現象,某種生物所產生的某種代謝產物可抑制其他種生物的生長髮育,甚至殺死他們。
生物質木材防腐劑有著傳統木材防腐劑無可比擬的優勢,它取自自然界動、植物等生物質,原料範圍廣,且無毒無害,並可自然降解,不會對人體及環境產生不利影響。
但是就目前的工藝而言,提純難度大,工業化生產效率不高,國內外對其研究還不夠成熟,儘管如此,其安全高效的優勢決定其必然是今後木材防腐劑的發展趨勢。
防腐工藝
木材的多孔性使其能夠採用多種方式注入防腐劑,如浸泡、塗刷、噴淋、真空加壓等。不同的木材滲透性不同,不同生物危害等級中使用的木材載藥量和滲入度要求也不同,工廠要根據需要選擇合適的防腐工藝。
01 浸泡、塗刷和噴淋
浸泡、塗刷和噴淋法,防腐劑的保持量以及滲人深度都不會很大,只能使防腐劑進入木材表層,且分佈不均勻,適合使用在較容易滲透的木材上。
02 冷熱法
冷熱槽處理是常壓下效果最好的處理方法,利用木材從熱劑到冷劑產生的空氣壓力差吸收藥劑,滲透效果優於直接浸漬法,但仍限於表面處理,適用於對防腐要求不高的木材處理。
03 加壓注入法
加壓注入是最常用的木材防腐處理方式,在美國約 90%以上的防腐木採用加壓處理。
加壓處理前抽真空能夠排出木材中的空氣,有利於防腐劑的進入。
難滲透木材需要採用頻壓增加防腐劑處理的保持量和滲透深度。有些尺寸大或者難滲透的木材還需要先刻痕再處理。
04 擴散法
擴散法是運用的分子擴散規律, 主要是利用的木材之中的水分。水載防腐劑會從高濃度向低濃度進行擴散, 讓防腐劑成分能夠被輸送到木材之中。
擴散法對於新採伐木材或含水率高的木材處理效果好,但由於處理時間長,大規模處理較少,但在古建築維護和木門窗、柱子等防腐處理中有應用。
05 氣相處理
氣相處理可以使藥劑充分進入木材細胞壁,實現利用少量藥劑達到高效防腐的目的。
這些處理藥劑通常不與木材發生反應,藥劑也很難留存與木材中,因此起到暫時的保護作用。
若選擇合適的藥劑和氣相處理方式結合,使藥劑能留存於或者反應在木材上,就能實現長效防護。
縱觀國內外木材防腐行業的發展,防腐劑的配方已經從以重金屬元素為主邁向以非金屬或有機殺菌劑為主,適應環境保護的非金屬防腐劑配方將成為未來木材防腐劑發展的方向。
此外,以木材改性為主、防腐劑為輔的綜合保護工藝,將成為解決木材腐朽、開裂和蟲蛀等問題的重要途徑。