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  • 硼类木材保护剂在室内装修中的应用
  •                                                      朱方丽 
                                                   常州市白蚁防治中心


    摘要:白蚁主要以各种木质纤维为食,喜欢蠹食木材并具有高度的社会组织性。木材作为一种重要的原材料,以其优良的特性,被广泛应用于建筑、家具以及装修等领域。但由于白蚁的威胁,不仅缩短了木材的使用寿命,而且也限制了它的应用领域。长期以来,人们广泛使用防腐剂处理木材使其具有防腐蚀、防潮、防真菌、防白蚁等特性,以期达到防止木材被危害的目的。本文在参阅大量文章的基础上,总结了防腐木在国内的发展状况、硼类防腐剂的研究进展及在国内的使用情况、以及硼类木材防腐剂在室内装修中的应用。
    关键词:硼类化合物  木材保护剂  白蚁  室内装修


      白蚁是世界性的重要害虫之一,广泛分布于世界五大洲,被国际昆虫生理生态研究中心(International Center of Insect Physiology and Ecology)列为世界五大害虫之一。全世界已知白蚁近3000种,其中造成危害的白蚁有108种,主要危害蚁种有52种,其危害面积约占全球总面积的50%(刘晓燕和钟国华,2002;李栋等,2004;眭亚萍等,2008;王明生等,2011)。我国白蚁种类非常丰富,已知的有476种,其中危害房屋建筑的白蚁种类有70余种,主要危害蚁种有20种,其危害面积约占国土面积的40%(黄复生等,2000;黄蔚蓉,2004;张绍红等,2008)。
      白蚁主要以各种木质纤维为食,喜欢蠹食木材并具有高度的社会组织性。木材作为一种重要的原材料,以其优良的特性,被广泛应用于建筑、家具以及装修等领域。但由于木材是天然的生物材料,在使用过程中,易受菌虫危害,特别是热带和亚热带地区的白蚁,常使应用木材的建筑物遭受毁灭性的损失(陈红梅等,2000)。由于白蚁的威胁,不仅缩短了木材的使用寿命,而且也限制了它的应用领域(曹金珍,2006)。长期以来,人们广泛使用防腐剂处理木材使其具有防腐蚀、防潮、防真菌、防白蚁等特性,以期达到防止木材被危害的目的(蒋明亮和费本华,2002;李华等,2004;邢嘉琪,2005)。
      经过防腐剂处理后的木材称为防腐木,其可分为三大类,天然防腐木(如菠萝格,花旗松等),深度炭化木和人工防腐木,其中使用最多的就是人工防腐木。环保无毒的防腐木经常被使用在室内装修,地板及家具中,由于人们长时间处于装修过的环境中(尹红和隋晓菲,2011),因此研究开发环保型的木材防腐剂应用于室内装修具有十分重要的现实意义。
        一、使用木材防腐剂的意义及防腐木在国内的发展状况
      人工林木材一般因材质疏松、密度较低而易腐朽、蓝变和虫蛀,木材防腐处理可提高木材的抗菌抗虫性能,延长使用寿命,减少维修费用,扩大其应用领域(曹金珍,2006),是节约木材资源的有效措施(方桂珍,2004)。根据国内外大量试验材料证明,防腐处理后的木材,其使用寿命是未经处理的5-6倍。从保护资源的角度看,木材防腐处理甚至比植树造林具有更大的意义,可以说发展木材防腐产业是大力推进我国木材资源节约代用的重要途径(蒋明亮和费本华,2002;蒋明亮,2006),具有很好的经济效益、社会效益和生态效益。
      针对防腐木材,欧美发达国家都已制定了相关的政策和法规(如美国的AWPA、加拿大的CWPA、日本的JWPA以及澳大利亚的TPAA),而且有严密的组织和管理,对木材的防腐处理严格把关。在新西兰,防腐木材占木材总产量的43%,英国20%,美国15.6%,而我国防腐木材的比例不足2%(蒋明亮和费本华,2002;曹金珍,2006;余丽萍,2009)。国内木材防腐产业的规模较小,防腐木用途较窄,未能在建筑领域大量应用(蒋明亮和费本华,2002;苏海涛等,2007)。
      自1997年以来,芬兰、北欧、美国、加拿大及法国等不断将世界各地的防腐木带入到中国,同时也让“保护地球资源,使用环保的防腐木材”的理念深入人心。随着中国经济的崛起,人们环保意识的增强,从2006年起,在我国木材市场上,防腐木逐渐热销起来,市场保持高速增长,其被广泛地应用于园林花架、木栈道、家居装修和家居等领域。到2005年为止,我国有木材防腐处理厂或车间(以防腐处理生产线为准)近200家,除铁道部建国初在北京、哈尔滨、成都、湖北汉阳、辽宁苏家屯、江西鹰潭、广西柳州、吉林镇赉建立的8个大型防腐厂外,近年一些民营和合资木材保护企业也迅速发展起来,如广东高秀花园制品有限公司、江西东源企业及上海吉瑞福装饰木业有限公司等(骆会欣,2004)。因此,在需求逐渐增长和防腐木企业数量不断增多的前提下,国内防腐木市场必将迎来迅速的发展。
        二、木材防腐剂的类型
      木材防腐剂主要包括油类防腐剂、油载防腐剂和水载防腐剂3类,目前使用最为广泛的是水载防腐剂。水载防腐剂可分为含砷和铬类、基于其他金属类及无机硼类的防腐剂等,其主要代表有CCA(主要成分为铜硌砷)、ACQ(主要成分为氨溶烷基胺铜)、CAB(主要成分为铜硼锉)和DOT(四水合八硼酸钠)等(蒋明亮和费本华,2002)。
      随着人们环保意识的增强,一些对环境有影响的含重金属类木材防腐剂已逐步受到禁用或限用,而BAE(硼酸)、BX(硼砂)、DOT等硼酸盐类化合物防腐剂,因具有环境友好,渗透性较强,对腐木真菌和虫蚁(白蚁、天牛和粉蠹等蛀木害虫)的防治效果良好,不影响木材自身的色者与加工性能等优点,是目前最安全,最有效的木材保护措施(张方耀,2006;尹红和隋晓菲,2011;余丽萍等,2012)。硼酸盐类化合物作为室内扩散性防护剂,已在世界范围内大量应用,在澳大利亚、新西兰和欧洲的使用也有50年左右的历史。它的优点是低毒性和广谱抗菌性,通常用于处理锯材、胶合板、定向刨花板、门窗和家具等(余丽萍等,2009)。
      硼类化合物除具有较好的防腐和防虫蚁效果外,它还是一种常用的无机阻燃剂(张吉昌,2001;赵博等,2010),因此硼类木材保护剂可以对木材起到双重的保护作用。硼基阻燃剂主要包括五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸按、偏硼酸钡以及硼酸锌等(董延茂等,2013)。目前,使用的无机硼阻燃剂主要是硼酸锌产品,它最早由美国硼砂和化学品公司开发成功,商品名为Fire BrakeZB,因此简称FB阻燃剂(赵博等,2010)。我国研究者对此类阻燃剂也做了很多研究(张吉昌,2001;吴玉章,2005;赵博等,2010;董延茂等,2013;),如广东省林业科学研究院和华南农业大学研究开发的一种磷氮硼木材阻燃剂(专利号:200710032972)、中南林业科技大学研究开发的一种硅镁硼木材纳米阻燃剂(专利号:201110242944)、东北林业大学研究开发的新型磷氮硼复合木材阻燃剂FRW(专利号:ZL97118353.8)以及山东川君化工股份有限公司研究开发的硼系复合阻燃剂(专利号:201010220815)等。
        三、硼类木材防腐剂需要解决的问题及在国内的发展状况
      经过硼类化合物处理后的木材被浸湿或与土壤接触时,木材中的硼会逐渐流失,其防腐效果逐步减弱,甚至完全丧失,因此增强硼类防腐剂的抗流失性至关重要。通常,人们在硼化物防腐剂中加入一些助剂来提高硼固着在木材上的能力,这些助剂大多为一些高分子单体和聚合物,如乙烯单体、聚乙二醇和高沸点树脂等;另外,可采用一些天然物(蛋白质)和植物提取物(如单宁和类黄酮)来提高硼在木材中的持久性;也可采用简单的物理方法,如在木材表面涂刷树脂、石蜡、油漆等防水剂,以减少硼化物的流失(陈利芳等,2010;李志强和蒋明亮,2011;余丽萍等,2012)。
      为了提高硼化物在木材中的固着性能,美国、日本等国研究者对硼化物的分子结构进行了化学修饰,我国工作者也进行了大量的试验研究(赵雪等,2006;李志强和蒋明亮,2011;余丽萍等,2012)。当前,国内外研究较多的是四氟硼酸季铵盐化合物,如DBF(二癸基二甲基四氟硼酸铵),包括它的耐磨性能和硼流失性能(李志强,2010)。并且,无机硼酸盐与季铵盐用两步法处理木材,不仅可以大大提高硼酸盐的抗水流失性,还对处理材的各项物理力学性能起到积极的作用(余丽萍,2009)。
      目前,硼基防腐剂的发展趋势如下:采用难溶于水的含硼化合物,如硼酸金属盐、硼-硅化合物以及硼酸酯等,同时硼仍然具有生物活性;采用硼化物处理后的表面保护技术,如用油类或防水剂组分二次处理;硼基化合物与其它防腐组分形成多组分的复合型防腐剂,如铜和季铵盐;并且鉴于硼化物具有良好的扩散性能,可以用于防腐产品进行二次补救处理,如枕木电杆上使用的硼棒技术(李志强,2010)。
      在我国,目前木材防腐剂仍以CCA(美国已规定不再允许使用,而加拿大也于2003年底颁布实施类似法规,彻底禁止在对人体有接触方面使用)和ACQ为主,作者在百度、Google或商品交易网站上搜索“防腐木”,以ACQ处理的防腐木最多,可占防腐木总量的60%以上,CCA占35%左右,另有少部分以CAB为处理液,而硼类化合物主要以阻燃剂的形式存在于市场中。
        四、硼类木材防腐剂在室内木装中的应用
      19世纪30年代,人们发现硼酸具有抑制木材着火的性能,也能抵抗真菌的腐烂。1933年,以此为目的,含有硼酸、硼砂和其它防腐剂的产品获得了专利。在美国有3种商品化的新产品可供害虫防治人员使用。
      在美国,3种商品化的硼酸盐产品分别为Bora-Care、Tim-Bor和Impel rods。目前,国内很多公司均在售卖,此类产品操作简单,对环境无毒,安全性好,非专业人员也可使用。Bora-Care是一种液态浓缩物,为处理完整的木材结构而设计,可以用喷雾、涂刷、注射或烟雾的方法使用,浓缩物由40%DOT(硼酸钠),60%惰性渗透剂及增效剂组成,惰性组分是乙二醇之类的化合物,能提高硼酸盐的渗透能力;Tim-Bor为98%的DOT粉剂,在楼顶或墙壁空洞内直接用粉剂,其它可用水稀释成10%的水溶液,使用方法与Bore-Care相同;Impel rods为硼酸盐熔凝而成的圆柱形棒。正确使用时,对哺乳动物无毒,非专业人员也可使用。在栅栏、邮筒杆、桥墩、走廊、门框、窗框和其它地方容易腐烂的木材上钻洞,放入硼酸盐棒,然后用尼龙塞子封闭。这种使用方法,利用了硼酸水溶性的特点,在木材潮湿后,硼酸盐慢慢溶解,通过扩散的方法渗透到木材中。硼酸盐在潮湿的木材中比在干燥的木材中更容易渗透,含水量大约70%的刚砍伐的木材极易受到保护,已经干燥备用的木材可用水重新浸湿后再处理(张方耀,1994)。
      目前,国内市场上也有很多含硼的木材防腐剂和阻燃剂,但大多数为无机硼系列(硼砂、硼酸、四水合八硼酸钠、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸按、偏硼酸钡、硼酸锌以及铜硼锉),而已经申请专利的磷氮硼、硅镁硼、FRW和环硼氧烷衍生物等并没有大规模生产和利用。硼类木材保护剂的使用方法,除工厂化操作中使用的加压处理法外,常压处理中的扩散法应用最为普遍。由于大部分硼类木材保护剂为水溶性的,因此具体使用方法可采用多次重复喷洒和涂刷,以达到防腐、防虫和阻燃的目的。
      针对国内硼类木材保护剂的生产应用状况,现对室内木装提出以下建议:1)对于白蚁危害较为严重的长江以南地区,装修木材最好选用经硼类木材保护剂处理过的产品;2)对于未经防腐、防虫和阻燃处理的木材,最好在装修前对其喷洒或涂刷处理;3)对于接地或接墙部位,可采用DOT粉剂或硼酸盐棒,增加木材的硼酸载药量;4)对于已经油漆处理的木板和家具,可在隐蔽部位打孔,放入硼酸盐棒;5)经过一定年限后,可用硼类木材保护剂对门窗、地板、家具等再次处理。在硼类木材保护剂的应用过程中,我们需要进一步明确的是,硼类木材保护剂对各类木材的渗透性能、有效期、处理工艺以及与温湿度的关系等。

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