技术领域
[0001] 本
发明公开了一种防虫缓释
木材防腐剂的制备方法,属于防腐剂技术领域。
背景技术
[0002] 木材防腐剂是一种化学药剂,在采用某种办法将它注入木材后,可以增强木材抵抗菌腐、虫害、海生钻孔动物侵蚀等的作用。有以下几种:
水载型(
水溶性)防腐剂:就是能溶于水,以水为载体的木材防腐剂。如CCA、ACQ、CA-B、CB-A、ACZA、ACC、CC等。
有机溶剂(油载型、油溶型)防腐剂:一种含有
杀虫剂、
杀菌剂或者二者的复合物,并溶解于
有机溶剂中的木材防腐剂。如五氯酚、百菌清、环烷酸
铜等、8羟基喹啉酸铜。油类防腐剂:防腐油、
煤焦油、蒽油。
[0003] 木材是一种天然有机材料,具有明显的
生物特性,易被菌、虫、海生钻孔虫等生物侵袭。在使用前,根据不同的应用环境,选用合适的防腐剂,进行恰当的处理,则可以有效地延缓木材腐朽。随着人们生活水平的提高,对木材的需求量也日益增加。我国可采伐使用的森林资源十分有限,寄希望于使用大量外汇进口木材也是不现实的。对木材进行防腐处理,延长木制品的使用年限,是节约木材、保护森林资源的重要途径之一。我国如今经防腐处理后使用的木材很少,且大多使用的是对人类和环境危害大的传统的木材防腐剂。因此了解木材防腐剂进展,研制和开发新型木材防腐剂是十分必要的。到目前为止,最为常用防止木材腐朽的方法还是用化学药剂防腐。当前使用最多的是水溶性防腐剂,约占防腐剂使用总量的3/4。
[0004] 随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,社会对木材的需求量日益增加。木材是天然可再生的
生物材料,其开发和利用符合环保的要求,但是它的主要缺点之一是容易受到
微生物等的侵害,从而影响其使用。木质材料防腐是指用防腐、防虫、防霉、防变色化学药剂进行常压或加压浸注处理原木、板材或木制品。但目前木材防腐剂中铜系防腐剂流
失速率快,防虫效果较差。
[0005] 市场上应用的一些木材防腐剂,如林丹、五氯酚钠、铜铬砷等,由于易污染环境,已经逐步受到禁用或限用。
硼砂、硼酸、四水合八硼酸钠等硼酸盐类化合物防腐剂,因具有环境友好,无刺激性气味,渗透性较强,对人畜低毒,对腐朽菌和虫蚁的防治效果好,而又不影响木材本身的色泽与加工性能,且当载药量较高时,还可赋予木材一定程度的
阻燃性等优点而受到广泛研究和开发,硼酸盐类化合物已成为市场上较为重要的木材防腐剂。硼酸类、铜盐类等多种水基木材防腐剂虽然对木腐菌有很强的抑制作用,但是在使用中由于易随水流失而面临防腐作用下降、危害
水体生物等诸多问题。如何增强这些易流失的木材防腐剂在木材中固着,是水基木材防腐剂面临的难题。
[0006] 因此,发明一种防虫缓释木材防腐剂对防腐剂技术领域具有积极意义。
发明内容
[0007] 本发明主要解决的技术问题,针对目前木材防腐剂中铜系防腐剂流失速率快,防虫效果较差的
缺陷,提供了一种防虫缓释木材防腐剂的制备方法。
[0008] 为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种防虫缓释木材防腐剂的制备方法为:
按重量份数计,将10~12份除虫精油,8~10份备用
浸出液,20~22份木材防腐剂,50~
55份木材粘附剂,6~7份木材润胀剂混合复配,得到防虫缓释木材防腐剂;
除虫精油制备方法为:
(1)将香樟叶放入烘箱中加热升温至80~85℃,
烘焙干燥至
含水量为3~5%,随后将干燥处理的香樟叶和蒸馏水,混合浸泡2~3h,对香樟
叶片进行蒸馏,控制蒸馏
温度为60~65℃,蒸馏时间为1~2h,去除蒸馏出的杂质,再收集得到提纯香樟叶;
(2)将提纯香樟叶和红花
除虫菊按
质量比为2︰1混合,得到混合原料,再将混合原料与无水
乙醇按质量比为20︰1加入萃取釜中,向萃取釜内输入超临界二
氧化
碳流体,进行萃取,萃取45~50min后,得到萃取超临界二氧化碳流体;
(3)将萃取超临界二氧化碳流体导入精馏柱分离,再将所得精馏液进入分离器中分离,得到除虫精油;
浸出液制备方法为:
将200~230g米糠、400~450mL质量分数为45%的氢氧化钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中,水浴加热升温,启动搅拌器,搅拌3~5h,用质量分数为95%的
冰醋酸调节pH至中性后移入蒸馏瓶中,加热升温至85~90℃,保温回流2~3h,去除米糠渣,得到浸出液。
[0009] 木材润胀剂由三乙胺三
氟化氢和六氟
磷酸铵按质量比为3︰1混合得到。
[0010] 木材防腐剂由纳米氧化铜、壳聚糖、
柠檬酸三铵按质量比为4︰3︰1混合,加入蒸馏水稀释得到,并且控制稀释后木材防腐剂中纳米氧化铜质量分数为3~5%。
[0011] 除虫精油制备方法中干燥处理的香樟叶何蒸馏水按质量比为1︰7。
[0012] 除虫精油制备方法中提纯香樟叶和红花除虫菊混合质量比为2︰1,萃取过程在萃取压
力为6~8MPa、萃取温度为25~28℃的条件下进行。
[0013] 除虫精油制备方法中精馏柱分离时控制精馏柱压力为7~8MPa,控制温度为20~22℃,精馏0.5~1.0h,控制分离压力为8~10MPa,精馏液进入分离器后控制分离温度为25~30℃,分离30~35min。
[0014] 浸出液制备方法中水浴反应釜水浴加热后
温度控制为90~95℃。
[0015] 防虫缓释木材防腐剂中木材粘附剂制备方法为:向烧杯中加入70~75gβ-环糊精和100~130mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,室温下搅拌10~15min后,再加入5~10g2,3-环氧丙基三甲基
氯化铵,将烧杯置于水浴锅中,加热升温至50~55℃,保温反应3~4h,过滤去除滤液得到木材粘附剂。
[0016] 本发明的有益效果是:(1)本发明利用三乙胺三氟化氢和六氟磷酸铵的混合溶液制备出木材润胀剂,由于三乙胺三
氢氟酸盐和六氟磷酸铵的混合溶液中电离离子能够穿入木材
纤维的无定形区,到达结晶区外表面,通过破坏水与
纤维素之间的氢键结合,发生纤维素无定形区内的润胀,有利于本发明木材防腐剂的进一步渗透,三乙胺三氢氟酸盐和六氟磷酸铵中氟
原子的电负性大,半径又小,能够与纤维素上羟基形成更稳定的氢键,从而将
吸附在纤维素上的水分子替代下来,减弱了纤维素上羟基对水分子的吸附,使水分子更容易从木材内部向外部迁移,从而使油性的除虫精油能够在木材内部稳定吸附,本发明的除虫精油为香樟精油和菊酯复配除虫精油,除虫精油中松油二环
烃、樟脑烯、柠檬烃、丁香油酚,
除虫菊酯等成分,其中挥发性成分能够具有驱虫,
净化空气的能力,并使木材散发出芬芳气味,除虫菊酯则作为较为有效的除虫剂,避免蚊虫吸食木材;
(2)本发明从米糠中提取出浸出液,将β-环糊精用2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子醚化,制备得到木材粘附剂,它对带有羟基的木材纤维表面有极好的
附着力,能够显著提高木材防腐剂对玻纤表面的结合力,并且阳离子醚化的β-环糊精中木材防腐剂的铜离子在阳离子排斥下均匀分散,又受到木材纤维的电负性吸附,因此在粘附剂的凝胶结构中难以流失,除虫精油又在润胀剂作用下稳定吸附在木材纤维表面,因此本发明的木材防腐剂中防腐防虫有效成分具有缓释功能,此外本发明中以米糠浸出液中所含木质素本身具有的较大空间结构,在木材粘附剂中会产生较大的空间位阻,有利于木材防腐剂在木材中均匀分散,同时木材粘附剂在木材纤维各孔隙区域保持均匀的
密度,提高木材的强度和防渗性能,具有广阔的应用前景。
具体实施方式
[0017] 将香樟叶放入烘箱中加热升温至80~85℃,烘焙干燥至含水量为3~5%,随后将干燥处理的香樟叶何蒸馏水按质量比为1:7混合浸泡2~3h,对香樟叶片进行蒸馏,控制蒸馏温度为60~65℃,蒸馏时间为1~2h,去除蒸馏出的杂质,再收集得到提纯香樟叶;将提纯香樟叶和红花除虫菊按质量比为2︰1混合,得到混合原料,再将混合原料与无水乙醇按质量比为20︰1加入萃取釜中,向萃取釜内输入超临界二氧化碳流体,在萃取压力为6~8MPa、萃取温度为25~28℃的条件下进行萃取,萃取45~50min后,得到萃取超临界二氧化碳流体;将萃取超临界二氧化碳流体导入精馏柱分离,控制精馏柱压力为7~8MPa,控制温度为20~22℃,精馏0.5~1.0h,所得精馏液进入分离器中分离,控制分离压力为8~10MPa,分离温度为25~30℃,分离30~35min,得到除虫精油;将200~230g米糠、400~450mL质量分数为45%的氢氧化钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中,水浴加热升温至90~95℃,启动搅拌器,搅拌3~5h,用质量分数为95%的冰醋酸调节pH至中性后移入蒸馏瓶中,加热升温至85~90℃,保温回流2~3h,去除米糠渣,得到浸出液,备用;向烧杯中加入70~75gβ-环糊精和100~
130mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,室温下搅拌10~15min后,再加入5~10g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,将烧杯置于水浴锅中,加热升温至50~55℃,保温反应3~4h,过滤去除滤液得到木材粘附剂;将三乙胺三氟化氢和六氟磷酸铵按质量比为3︰1混合得到木材润胀剂,将纳米氧化铜、壳聚糖、柠檬酸三铵按质量比为4︰3︰1混合,加入蒸馏水稀释得到木材防腐剂,稀释后控制木材防腐剂中纳米氧化铜质量分数为3~5%,按重量份数计,将10~12份除虫精油,8~10份备用浸出液,20~22份木材防腐剂,50~55份木材粘附剂,6~7份木材润胀剂混合复配,得到防虫缓释木材防腐剂。
[0018] 实例1除虫精油的制备:
将香樟叶放入烘箱中加热升温至80℃,烘焙干燥至含水量为3%,随后将干燥处理的香樟叶何蒸馏水按质量比为1:7混合浸泡2h,对香樟叶片进行蒸馏,控制蒸馏温度为60℃,蒸馏时间为1h,去除蒸馏出的杂质,再收集得到提纯香樟叶;
将提纯香樟叶和红花除虫菊按质量比为2︰1混合,得到混合原料,再将混合原料与无水乙醇按质量比为20︰1加入萃取釜中,向萃取釜内输入超临界二氧化碳流体,在萃取压力为
6MPa、萃取温度为25℃的条件下进行萃取,萃取45min后,得到萃取超临界二氧化碳流体;
将萃取超临界二氧化碳流体导入精馏柱分离,控制精馏柱压力为7MPa,控制温度为20℃,精馏0.5h,所得精馏液进入分离器中分离,控制分离压力为8MPa,分离温度为25℃,分离
30min,得到除虫精油;
木材粘附剂的制备:
将200g米糠、400mL质量分数为45%的氢氧化钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中,水浴加热升温至90℃,启动搅拌器,搅拌3h,用质量分数为95%的冰醋酸调节pH至中性后移入蒸馏瓶中,加热升温至85℃,保温回流2h,去除米糠渣,得到浸出液,备用;
向烧杯中加入70gβ-环糊精和100mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,室温下搅拌10min后,再加入5g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,将烧杯置于水浴锅中,加热升温至50℃,保温反应3h,过滤去除滤液得到木材粘附剂;
防虫缓释木材防腐剂的制备:
将三乙胺三氟化氢和六氟磷酸铵按质量比为3︰1混合得到木材润胀剂,将纳米氧化铜、壳聚糖、柠檬酸三铵按质量比为4︰3︰1混合,加入蒸馏水稀释得到木材防腐剂,稀释后控制木材防腐剂中纳米氧化铜质量分数为3%,按重量份数计,将10份除虫精油,8份备用浸出液,
20份木材防腐剂,50份木材粘附剂,6份木材润胀剂混合复配,得到防虫缓释木材防腐剂。
[0019] 实例2除虫精油的制备:
将香樟叶放入烘箱中加热升温至82℃,烘焙干燥至含水量为4%,随后将干燥处理的香樟叶何蒸馏水按质量比为1:7混合浸泡2.5h,对香樟叶片进行蒸馏,控制蒸馏温度为62℃,蒸馏时间为1.5h,去除蒸馏出的杂质,再收集得到提纯香樟叶;
将提纯香樟叶和红花除虫菊按质量比为2︰1混合,得到混合原料,再将混合原料与无水乙醇按质量比为20︰1加入萃取釜中,向萃取釜内输入超临界二氧化碳流体,在萃取压力为
7MPa、萃取温度为27℃的条件下进行萃取,萃取47min后,得到萃取超临界二氧化碳流体;
将萃取超临界二氧化碳流体导入精馏柱分离,控制精馏柱压力为7MPa,控制温度为21℃,精馏0.7h,所得精馏液进入分离器中分离,控制分离压力为9MPa,分离温度为27℃,分离
32min,得到除虫精油;
木材粘附剂的制备:
将210g米糠、420mL质量分数为45%的氢氧化钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中,水浴加热升温至92℃,启动搅拌器,搅拌4h,用质量分数为95%的冰醋酸调节pH至中性后移入蒸馏瓶中,加热升温至87℃,保温回流2.5h,去除米糠渣,得到浸出液,备用;
向烧杯中加入72gβ-环糊精和115mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,室温下搅拌12min后,再加入7g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,将烧杯置于水浴锅中,加热升温至52℃,保温反应3.5h,过滤去除滤液得到木材粘附剂;
防虫缓释木材防腐剂的制备:
将三乙胺三氟化氢和六氟磷酸铵按质量比为3︰1混合得到木材润胀剂,将纳米氧化铜、壳聚糖、柠檬酸三铵按质量比为4︰3︰1混合,加入蒸馏水稀释得到木材防腐剂,稀释后控制木材防腐剂中纳米氧化铜质量分数为4%,按重量份数计,将11份除虫精油,9份备用浸出液,
21份木材防腐剂,52份木材粘附剂,6份木材润胀剂混合复配,得到防虫缓释木材防腐剂。
[0020] 实例3除虫精油的制备:
将香樟叶放入烘箱中加热升温至85℃,烘焙干燥至含水量为5%,随后将干燥处理的香樟叶何蒸馏水按质量比为1:7混合浸泡3h,对香樟叶片进行蒸馏,控制蒸馏温度为65℃,蒸馏时间为2h,去除蒸馏出的杂质,再收集得到提纯香樟叶;
将提纯香樟叶和红花除虫菊按质量比为2︰1混合,得到混合原料,再将混合原料与无水乙醇按质量比为20︰1加入萃取釜中,向萃取釜内输入超临界二氧化碳流体,在萃取压力为
8MPa、萃取温度为28℃的条件下进行萃取,萃取50min后,得到萃取超临界二氧化碳流体;
将萃取超临界二氧化碳流体导入精馏柱分离,控制精馏柱压力为8MPa,控制温度为22℃,精馏1.0h,所得精馏液进入分离器中分离,控制分离压力为10MPa,分离温度为30℃,分离35min,得到除虫精油;
木材粘附剂的制备:
将230g米糠、450mL质量分数为45%的氢氧化钠溶液放入带有搅拌器的水浴反应釜中,水浴加热升温至95℃,启动搅拌器,搅拌5h,用质量分数为95%的冰醋酸调节pH至中性后移入蒸馏瓶中,加热升温至90℃,保温回流3h,去除米糠渣,得到浸出液,备用;
向烧杯中加入75gβ-环糊精和130mL质量分数为40%的氢氧化钠溶液,室温下搅拌15min后,再加入10g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,将烧杯置于水浴锅中,加热升温至55℃,保温反应4h,过滤去除滤液得到木材粘附剂;
防虫缓释木材防腐剂的制备:
将三乙胺三氟化氢和六氟磷酸铵按质量比为3︰1混合得到木材润胀剂,将纳米氧化铜、壳聚糖、柠檬酸三铵按质量比为4︰3︰1混合,加入蒸馏水稀释得到木材防腐剂,稀释后控制木材防腐剂中纳米氧化铜质量分数为5%,按重量份数计,将12份除虫精油,10份备用浸出液,22份木材防腐剂,55份木材粘附剂,7份木材润胀剂混合复配,得到防虫缓释木材防腐剂。
[0021] 对比例1:与实例2的制备方法基本相同,唯有不同的是缺少除虫精油。
[0022] 对比例2:与实例2的制备方法基本相同,唯有不同的是缺少木材粘附剂。
[0023] 对比例3:山东某公司生产的防虫缓释木材防腐剂。
[0024] 流失量和铜固着率测试按GB/T35214-2017进行检测。
[0025] 缓释效果测试:将实例1~3和和对比例中的木材防腐剂用于木材中,测得15天后防腐剂中防腐防虫有效成分的释放百分率,来表示在整个释放期间表现出来的缓释性能。
[0026] 防虫效果测试:在野外试验场,将实例1~3和和对比例中的木材防腐剂用于木材中埋地2年后,观察是否被白蚁蛀蚀,并测得试样完好值,每组试样均为10根木材。
[0027] 防腐效果测试:以白腐菌彩绒革盖菌(简称CV)为试验菌种,参照林业行业标准LY/T1283-1998《木材防腐剂对腐朽菌毒性实验室试验方法》和国家标准GB/T13942.1-2009《木材天然耐腐性实验室试验方法》,对实例1~3和对比例中的木材防腐剂进行室内防腐性能测试,其防腐试验结果见表1所示。
[0028] 表1木材防腐剂性能测定结果根据上述检测数据可知本发明的防虫缓释木材防腐剂铜的固着率很好,渗透性好,抗流失性强,缓释效果好,防虫性好,未被白蚁蛀蚀,防腐性好,耐腐等级达到Ⅰ级,具有广阔的应用前景。
[0029] 以上所述仅为本发明的较佳方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何
修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。