專利名稱:高穩(wěn)定化的木材防腐液及其對木材的防腐的制作方法
本發(fā)明介紹木材防腐液的穩(wěn)定化，尤其是那些含鉻、銅和砷的防腐液，并且介紹這些穩(wěn)定化的溶液對木材的防腐。
一般稱為CCA防腐劑的鉻/銅/砷酸鹽溶液被廣泛地用來保護木材，阻止霉菌的作用。在貯存和實際的使用期間，CCA溶液中的鉻、銅和砷鹽往往會沉淀，其部分原因是由于木材的萃取劑和其他還原雜質(zhì)的影響。這種沉淀限制了CCA溶液的有效壽命，并且還產(chǎn)生了需要給予特殊處理和保管的殘余沉淀物，因為它們給人類和環(huán)境帶來了有害的影響。
本發(fā)明涉及一種添加劑的使用，該添加劑可以降低鹽的沉淀速度，因而可以提高CCA溶液的穩(wěn)定性。因為增加了防腐液的有效壽命，所以這種改進減少了保管成本和廢液的處理。本發(fā)明也減少了用來彌補因沉淀所造成的那些損失的鉻、銅和砷的氧化物的消耗。并且，使用本發(fā)明可以減少大量需要保管和處理的殘余物，減少了公開暴露的危險性。該添加劑也改善了木材的派拉亭(Pilodyne)穿透深度。
為了達到這些改進，本發(fā)明提供了一種木材防腐液，該防腐液包括水、六價鉻、銅、砷以及適量的氟離子，該適量的氟離子足以使該防腐液穩(wěn)定，至少可阻止鉻的沉淀。另一方面，本發(fā)明還提供了用上述木材防腐液處理木材的方法。在最佳實施例中，該木材防腐液包括(1)水，(2)濃度大約2～3.0%的鉻、銅和砷的鹽或氧化物，(3)濃度大約0.5～10%的分子量約1000的聚乙二醇，以及(4)濃度約在0.001%和0.4%之間的為該溶液提供氟離子的氟鹽。
根據(jù)本發(fā)明的又一個目標，本發(fā)明還提供了制品的生產(chǎn)方法，該方法包括用木材防腐液處理木材的步驟，該木材防腐液含有水、六價鉻、銅、砷以及適量的足以使上述溶液穩(wěn)定，阻止上述鉻、銅和砷沉淀的氟離子。在某個最佳實施例中，如此處理的木材包括大體上為所述溶液完全滲透的邊材。
從下面詳細的描述，本發(fā)明的其他一些目的、性能和優(yōu)點將更為明了。然而，應(yīng)該理解到，在表示本發(fā)明的最佳實施例時，只是通過舉例說明的方法給出詳細的描述和具體的實例，因為擅長本技術(shù)領(lǐng)域：
的人從這種詳細的描述，將會明了本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改進。
根據(jù)本發(fā)明，由于氟離子源，例如氟鹽的添加，提高了CCA溶液的穩(wěn)定性。雖然其他氟化物，如鈉和鈣的氟化物可以被采用，但是最佳的氟化物為氟化鈰(CeF3)。氟鹽的添加量最好略高于該具體鹽的溶解度極限。
在美國材料試驗協(xié)會標準D1625-71中詳細記載了標準的CCA溶液，其中最好的樣品為C型，標為“CCA-C”。CCA-C的組成如下六價鉻，CrO3的計算值為44.5～50.5%;二價銅，CuO的計算值為17.0～21.0%;五價砷，As2O5的計算值為30.0～38.0%。但其額定組成被認為是47.5%CrO3、18.5%CuO和34%As2O5。眾所周知并廣泛使用的堿性CCA-C標準溶液，通常用對1份堿性溶液添加40～60份水的比例加以稀釋，從而提供了一種濃度為2%～3%的水溶液，最佳濃度約為2.5%。
1986年1月28日發(fā)布的美國專利No4，567，115描述了CCA-C標準溶液的改進，因此將其內(nèi)容并入作為參考。這種改進的溶液含有乙二醇的聚合物(PEG)。PEG添加劑的作用，使標準溶液的表面硬化效應(yīng)降低。把分子量約為100～2000的PEG添加到標準的CCA-C組份中，可以得到一個較佳的改進溶液的實施例，尤其是加分子量為500～2000者，而以添加分子量為1000的PEG者最好。把PEG慢慢地，平穩(wěn)地加到水基CCA溶液中，直至濃度大約在0.5%至10%之間，在此操作期間，優(yōu)先將該溶液的溫度保持在大約85°F以下，保持在70°F和85°F之間更好。優(yōu)先將PH值保持在2.0以下，尤其是保持在大約1.7和2.0之間。
根據(jù)本發(fā)明，最好把氟鹽加到CCA-C溶液中，或者是加到用PEG添加劑改進的CCA-C溶液中。根據(jù)它們在相應(yīng)溶液中的溶解度來挑選所使用的具體的氟鹽。至少為了二個原因，需要有極限溶解度的鹽類。首先，過分地增加被溶解氟鹽的量會影響已處理木材的導(dǎo)電性，這對用于支撐電線和電話線的電桿是不希望有的。對于在導(dǎo)電性要求不高的情況下使用的木材，在該溶液應(yīng)用和滲透到木材基質(zhì)中的離子組分之后，只要在最終溶液中F-的總量不足以阻止木材基質(zhì)中六價鉻向三價鉻的轉(zhuǎn)變，則可以采用較高含量的氟鹽。其次，采用較低含量的氟鹽可以避免需要顯著地改變該溶液的組份，因此避免了需要做擴大的使用鑒定試驗。
如上所述，加到本發(fā)明范圍內(nèi)的防腐液中的氟鹽的百分率，最好大致等于該鹽在溶液中的溶解度。例如，CeF3的溶解度低于0.4%，如果采用0.4%的CeF3含量，則有多余的CeF3。但是，較低的CeF3含量是合適的。在標準溶液中具有極限溶解度的其他含氟化合物也提供較高的穩(wěn)定性。低溶解度阻止了氟化物在該溶液中溶解，因此把增加木材導(dǎo)電性的鹽效應(yīng)減少到最低限度。
表1所列的溶液只是一些實例，顯示出向上述處理液添加氟鹽的影響。為了說明萃取劑和其他雜質(zhì)的影響，向含有氟鹽的標準防腐液添加還原鉻糖。下面的報導(dǎo)按重量百分比計，報導(dǎo)向原始的CCA-C或CCA-C/PEG(取作100%)的溶液添加各種添加劑(這里用的是氟鹽和糖)的情況。對于每一種溶液，均列出具體的沉淀出現(xiàn)的時間(以小時計)，(B)和(A)分別表示溶液含和不含氟鹽時的沉淀情況。同時還列出了按〔(B-A)/A〕×100計算所得的改進百分率(C)，作為采用本發(fā)明所達到的穩(wěn)定性加強的指標。
表1A B C2.5% CCA-C+0.4%CeF3+10%糖 38 49 262.5% CCA-C/10%PEG+0.4%CeF360 90 502.5% CCA-C/4%PEG+0.4%CeF3; 220 336 532.5% CCA-C+0.4%CeF3+5%糖 56 77 37.52.5% CCA-C+0.01%CeF3+10%糖 38 50 31.52.5% CCA-C+0.01%CeF3+5%糖 55 77 402.5% CCA-C+0.01%NaF+5%糖 55 71 292.5% CCA-C+0.01%NaF+10%糖 38 47 23.52.5% CCA-C+0.05%NaF+5%糖 55 74 34.52.5% CCA-C+0.05%NaF+10%糖 38 51 342.5% CCA-C+0.1%NaF+10%糖 38 55 452.5% CCA-C+0.2%NaF+10%糖 38 61 602.5% CCA-C+0.01%CaF2+5%糖 55 69 25.52.5% CCA-C+0.01%CaF2+10%糖 38 47 23.5A＝不含氟鹽時的沉淀;
B＝含氟鹽時的沉淀;
C＝近似的改進百分率表1列舉的具體鹽類，代表適用于本發(fā)明的各種形式的鹽。于是，氟化鈰舉例說明了稀土(元素)氟化物、氟化鈣說明了堿土金屬氟化物，以及氟化鈉說明了堿金屬氟化物。由于氟化鈣和氟化鈉在較引人注目的氟化物中易于提供和成本低，所以把它們選為典型的添加劑。氟化鈰同樣被選為典型的添加劑，因為它容易得到和比較便宜。但是，也可以使用舉列說明的族類的其他元素的氟化物-稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物。
如上述美國專利所述，標準的CCA溶液會引起用該標準液處理過的木材外部硬化。這種硬化對電桿的使用帶來了一系列的影響，這是因為爬電桿的維修人員體驗到用他們爬靴上的馬刺很難能牢固地扣住外部硬化的電桿。而氟鹽的添加，至少可以部分地減輕這種硬化作用。
然而，按照本發(fā)明處理過的木材，可以改善派拉亭(pilodyne)穿透深度(派拉亭是一種測試方法，在預(yù)先規(guī)定的載荷下把具有特殊形狀的釘子壓入木材中，隨后測量釘子的穿透深度)。例如用標準CCA-C溶液處理的木材，其平均穿透深度為14.8毫米;用CCA-C/氟化物溶液處理的木材，其平均穿透深度為16.8毫米;而用CCA-C/PEG/氟化物溶液處理的木材，其平均穿透深度為19.6毫米。
除了通過減少如上所述的沉淀來提供高防腐液的穩(wěn)定性外，本發(fā)明還保證大體上增加所述溶液中鉻、銅和砷離子在木材中的吸收、滲透深度、分布范圍和保留度。將這些離子更深地置于木材基質(zhì)內(nèi)的結(jié)果，增加了殺菌的效果。
表2所列舉的試驗結(jié)果示出，各種不同種類的離子從施加于木材的防腐液滲透到紅松內(nèi)及其在紅松內(nèi)的保留度。以采用一個空心鉆頭，徑向鉆入每根短圓木中的方法，取得每根大約4英尺長的紅松短圓木芯樣。詳細試驗請見奧契里莫維奇(Ochrymowych)的論文“木材防腐技術(shù)提高電線桿的可靠性”電話學(xué)1985年9月16日，72-80頁，該論文內(nèi)容包括在本發(fā)明內(nèi)，以供參考。在取芯樣操作前，一號短圓木用2.5%CCA-C溶液處理，二號短圓木用含有0.05%CeF3的2.5%CCA-C溶液處理，而三號短圓木用含有4.0%PEG和0.05%CeF3的2.5%CCA-C溶液處理。沿著長度，將每塊芯樣分割成10毫米厚的切片，接著將每個切片加以研磨(粒子尺寸為40目)，并且用能量分散X-射線光譜測定法進行元素分析。于是，每塊10毫米切片代表沿著被處理木材的徑向的各個“分析區(qū)”。
從表2的數(shù)據(jù)可以看到，根據(jù)本發(fā)明添加了氟鹽的溶液同沒有氟離子的溶液比較，可以得到較大的滲透度和較高的保留度。
本發(fā)明所得到的穩(wěn)定化效應(yīng)的事實根據(jù)是不能完全被理解的。但是可以認為上述的改進是同溶液中的F-和Cr6+之間，由于靜電的相互作用或氫的結(jié)合而形成絡(luò)合物有關(guān)的，因此，阻止了沉淀而使鉻得到了穩(wěn)定。
表2短 邊材 滲透深度 透過邊材的 分析區(qū) 防腐劑的保留度圓厚度 (毫米) 滲透百分比(毫米) (公斤/米3)木 (毫米) Cr Cu As 總量號1 70 62 90% 0-10 12.4 3.6 7.1 23.110-20 7.8 3.1 6.4 17.320-30 6.7 3.0 6.2 15.930-40 5.2 2.8 5.8 13.840-50 3.4 2.1 4.4 9.92 63.5 63.3 100%(大約) 0-10 12.7 3.5 7.1 23.310-20 8.4 3.2 6.8 18.420-30 6.5 2.9 6.6 16.030-40 5.4 2.8 6.4 14.640-50 4.1 2.3 5.2 11.6
57.2 59.3 ＞100%＊ 0-10 12.2 3.4 6.5 22.110-20 9.0 3.3 7.5 19.820-30 6.7 3.0 7.1 16.830-40 5.7 2.8 6.5 15.040-50 4.4 2.2 5.4 12.0＊觀察到滲透深度超過多孔的邊材而進入較緻密的心材。
權(quán)利要求
1.一種木材防腐液，包括水、六價鉻、銅、砷和適量的氟離子，該適量的氟離子足以使所述溶液穩(wěn)定，至少可以阻止所述鉻的沉淀。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的木材防腐液，其中所述的氟離子是由添加到所述溶液中的氟鹽提供的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的木材防腐液，其中所述的防腐液是一種工藝方法的產(chǎn)品，該工藝方法包括將符合美國材料試驗協(xié)會標準D-1625-71規(guī)定的標準的CCA-C溶液稀釋的步驟，用水把上述標準的CCA溶液稀釋成濃度為2%-3%的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的木材防腐液，其中所述的氟鹽至少有一種是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的木材防腐液，其中所述的氟鹽是從氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的木材防腐液，其中還包括聚乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的木材防腐液，其中所述的聚乙二醇具有大約100～2000的分子量。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的木材防腐液，其中所述聚乙二醇的所述分子量范圍大致為500～2000。
9.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的木材防腐液，其中所述的防腐液包括(1)水，(2)濃度大約2～3%的鉻、銅和砷的鹽或氧化物，(3)分子量約為1000的濃度大約0.5%～10%的聚乙二醇，以及(4)濃度約在0.001%和0.4%之間的為所述防腐液提供氟離子的氟鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的木材防腐液，其中所述防腐液的pH值大致在2.0以下，溫度大致在85°F以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的木材防腐液，其中所述防腐液的pH值大致在1.7和2.0之間，溫度大致在70°F和85°F之間。
12.一種處理木材的方法，包括把木材暴露在木材防腐液中的步驟，該防腐液包括水、六價鉻、銅、砷和適量的氟離子，該適量的氟離子足以使所述防腐液穩(wěn)定，至少可以阻止所述鉻沉淀。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其中所述的氟離子是由添加到所述溶液中的氟鹽提供的。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其中所述的防腐液是一種工藝方法的產(chǎn)品，該工藝方法包括將按照美國材料試驗協(xié)會標準D-1625-71規(guī)定的標準的CCA-C溶液稀釋的步驟，用水把上述標準的CCA溶液稀釋成濃度為2%～3%的水溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其中所述的氟鹽至少有一個是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，其中所述的氟鹽是從由氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
17.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其中所述的防腐液還包括聚乙二醇。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其中所述的聚乙二醇具有大約100～2000的分子量。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的方法，其中所述聚乙二醇的所述分子量范圍大約為500～2000。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其中所述的防腐液包括(1)水，(2)濃度大約2～3%的鉻、銅和砷的鹽或氧化物，(3)具有分子量約1000的濃度大約0.5%～10%的聚乙二醇，以及(4)濃度約在0.001%和0.4%之間的為所述防腐液提供所述的氟離子的氟鹽。
21.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其中所述的防腐液的pH值大約在2.0以下，溫度大約在85°F以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21所述的方法，其中所述的防腐液PH值大約在1.7和2.0之間，溫度大約在70°F和85°F之間。
23.一種用工藝方法生產(chǎn)的制品，該工藝方法包括用木材防腐液處理木材的步驟，該防腐液包括水、六價鉻、銅、砷和適量的氟化物離子，該適量的氟化物離子足以使所述防腐液穩(wěn)定，至少可以阻止所述鉻沉淀。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的制品，其中所述的木材包括基本上完全為上述防腐液滲透的邊材。
25.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的制品，其中所述的氟離子是由添加到所述防腐液中的氟鹽提供的。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的制品，其中所述的防腐液是一種工藝方法的產(chǎn)品，該工藝方法包括將按照美國材料試驗協(xié)會標準D-1625-71規(guī)定的標準的CCA-C溶液稀釋的步驟，用水把上述標準的CCA溶液稀釋成濃度為2%～3%的水溶液。
27.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的制品，其中所述的氟鹽至少有一個是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的制品，其中所述的氟鹽是從氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
29.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的制品，其中所述的防腐液還包括聚乙二醇。
30.根據(jù)權(quán)利要求
29所述的制品，其中所述的聚乙二醇具有大約100～2000范圍的分子量。
31.根據(jù)權(quán)利要求
30所述的制品，其中所述的聚乙二醇的所述分子量范圍大約為500～2000。
32.根據(jù)權(quán)利要求
29所述的制品，其中所述的防腐液包括(1)水(2)濃度大約2～3%的鉻、銅和砷的鹽或氧化物，(3)分子量約1000的濃度大約0.5%～10%的聚乙二醇，以及(4)濃度約在0.001%和0.4%之間的為所述防腐液提供所述的氟離子的氟鹽。
33.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的制品，其中所述的防腐液的PH值大約在2.0以下，溫度大約在85°F以下。
34.根據(jù)權(quán)利要求
33所述的制品，其中所述的防腐液的PH值大約在1.7和2.0之間，溫度大約在70°F和85°F之間。
35.一種用以使含有鉻、銅和砷鹽的木材防腐液穩(wěn)定的方法，包括把氟化物離子源添加到所述防腐液中的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求
35所述的方法，其中所述的氟化物離子源包括氟鹽。
37.根據(jù)權(quán)利要求
36所述的方法，其中所述的氟鹽在所述的防腐液中具有低的溶解度。
38.根據(jù)權(quán)利要求
37所述的方法，其中，把所述的氟鹽添加到所述的防腐液中，其加入量約等于該氟鹽在所述的防腐液中的溶解度。
39.根據(jù)權(quán)利要求
36所述的方法，其中所述氟鹽至少有一種是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
40.根據(jù)權(quán)利要求
39所述的方法，其中所述氟鹽是從氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
41.根據(jù)權(quán)利要求
35所述的方法，其中所述的防腐液是一種工藝方法的產(chǎn)品，該工藝方法包括將按照美國材料試驗協(xié)會標準D1625-71規(guī)定的標準CCA-C溶液稀釋的步驟，用水把上述標準的CCA溶液稀釋成濃度為2%～3%的水溶液。
42.根據(jù)權(quán)利要求
35所述的方法，其中所述的防腐液包括聚乙二醇。
43.根據(jù)權(quán)利要求
42所述的方法，其中所述的聚乙二醇具有大約100～2000的分子量。
44.根據(jù)權(quán)利要求
41所述的方法，其中所述的水溶液包括聚乙二醇。
45.根據(jù)權(quán)利要求
44所述的方法，其中所述聚乙二醇的濃度在0.5%和10%之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求
41所述的方法，其中所述的氟化物離子源包括氟鹽。
47.根據(jù)權(quán)利要求
46所述的方法，其中所述的氟鹽至少有一種是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
48.根據(jù)權(quán)利要求
47所述的方法，其中所述氟鹽至少有一種是從氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
49.根據(jù)權(quán)利要求
48所述的方法，其中所述的氟鹽為氟化鈰、該氟化鈰的濃度大致≤0.4%。
50.根據(jù)權(quán)利要求
42所述的方法，其中所述的氟化物離子源包括氟鹽。
51.根據(jù)權(quán)利要求
50所述的方法，其中所述的氟鹽至少有一種是從稀土氟化物、堿土氟化物和堿金屬氟化物中挑選出來的。
52.根據(jù)權(quán)利要求
51所述的方法，其中所述的氟鹽至少有一種是從氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣中挑選出來的。
53.根據(jù)權(quán)利要求
52所述的方法，其中所述的氟鹽為氟化鈰、該氟化鈰的濃度大致≤0.4%。
專利摘要
氟離子添加劑可以使一種含有水、六價鉻、銅和砷的木材防腐液得到穩(wěn)定，阻止沉淀，因此提高了該防腐液的有效壽命和可靠性。如同氟化鈰、氟化鈉和氟化鈣之類的氟鹽，適合于作所述溶液的氟離子源。用該防腐液處理過的木材，顯示出鉻、銅和砷有深的滲透度、大的分布范圍和高的保留度。
文檔編號B27K3/16GK86108015SQ86108015
公開日1987年7月1日 申請日期1986年11月24日
發(fā)明者威廉·帕特里克·特朗布爾, 謝里爾·莫林·馬里坦 申請人:加拿大貝爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan