近10多年来, 国外各公司对木材多功能改良技术的研究极为重视。例如, 日本松下电工株式会社、大建工业株式会社、AZ株式会社等有大量专利报导多配方处理木材可使木材的阻燃、尺寸稳定、防腐、防虫等性能提高。这些药剂处理的特点是一剂多效、低毒高效, 药剂既具有阻燃、尺寸稳定、防腐、防虫等性能, 同时, 药剂中又不含对人及环境有影响的五氯酚钠、铬、砷等。尽管国内木材防护技术的研究已有40余年, “七五”、“八五”期间完成了农村木结构4防(防腐、防虫、防火、防变形)等技术研究, 但目前的防腐剂中含五氯酚钠、铬、砷, 对人的毒性较大; 目前国内防腐、阻燃等防护功能单一, 而且尺寸稳定性技术的研究及应用较少, 使用的阻燃药剂中基本上含有无机盐如磷酸铵、硫酸铵等、聚磷酸铵盐、硼酸盐等, 阻燃处理后存在吸潮严重、用药量过大、对木材的强度有不同程度的降低等问题(Lebow, 1990)。

功能性改良药剂FR-1, FR-2中无磷酸盐、硫酸盐等、聚磷酸盐等, 基本不吸潮。低分子量PF树脂处理木材文献进行了一些报道(Ryu, 1991; 1993), 效果较好。FR-1, FR-2及低分子量PF树脂处理人工林木材马尾松、毛白杨后的阻燃、耐腐、尺寸稳定性能及对MOE/MOR的影响本文进行了探讨。其中FR-2的主成分与FR-1相同, 只是含量及助剂有别。本文中FR-1, FR-2处理人工林木材马尾松、毛白杨后的阻燃及力学相能的影响以FR-1为主。

1 试验部分 1.1 材料

马尾松(pinus massoniana)采自广州生长19 a, 毛白杨(Populus tomentosa)采自北京大兴生长15a。

1.2 药剂

功能性改良药剂FR-1、FR-2, PF树脂固体物含量:44.6%, 粘度:19泊。

1.3 试验方法 1.3.1 阻燃效果试验方法

氧指数试验采用GB/T2406-93方法, 试材:100 mm ×9 mm ×3.5 mm, 药剂采用5%、10%、15%3种浓度浸泡处理。难燃试验采用GB 8624 B1级分级标准及GB8625-88中的难燃材料试验方法, 采用真空加压方法处理, 药剂浓度为12%~ 15%。试材:1000 mm ×190 mm ×10mm。

1.3.2 耐腐试验方法

耐腐性室内试验采用GB/T 13942.1 -92方法, 菌种:Corious versicolor(C.v), Poria placenta(P.p); 试材:20 mm ×20 mm ×10 mm。药剂采用5%、10%、15%3种浓度真空处理。

1.3.3 尺寸稳定性能试验方法

木材湿胀性采用GB1934.2 -91测定方法, 试材:20 mm ×20 mm ×20 mm。药剂采用5%、10%、15%3种浓度真空处理。

1.3.4 抗弯弹性模量(MOE)及抗弯强度(MOR)试验方法

MOE的测定采用GB1936.2 -91方法, MOR的测定采用GB1936.1 -91方法, 试材均为:20 mm ×20 mm ×300 mm。MOE的比值为同一试材处理后与处理前的比值, 15个重复, 采用真空处理。

1.3.5 数据处理方法

采用MS EXCEL 97及SAS t-test数据处理软件。

2 研究结果与分析 2.1 阻燃试验结果

FR-1处理的马尾松吸药量为34.5 kg/m³时, 氧指数可达61%(表 1)。FR-2氧指数的试验结果与FR-1相似。因PF树脂处理马尾松、毛白杨后的氧指数小于37%, 其效果不如FR-1、FR-2, 未进行进一步的研究。

在氧指数试验的基础上, 不同厚度的马尾松、毛白杨板材达到国家B1难燃级标准的吸药量进行了试验, 结果见表 2。厚度增加时, 达到B1难燃标准的用药量较少。试验前, 板材的厚度为100 cm, 剩余长度指燃烧10 min后板材的长度, 剩余长度大于15 cm是达到B1难燃标准的必要条件。对马尾松, 5 cm厚度的板材达到国家B1难燃级标准的吸药量为30 ~ 40 kg/m³。其中FR-1处理马尾松用药量28 kg/m³时, 烟密度为66。

2.2 耐腐性试验结果

表 3可见, 以Poria placenta、Corious versicolor为木材腐朽菌种, FR-1处理的马尾松吸药量为72.6kg/m³时, 对以上2菌种试验的重复损失率分别为8.7%、7.5%;毛白杨吸药量为50.4 kg/m³时, 重复损失率分别为10.7%、8.6%.毛白杨吸药量为77.3 kg/m³时, 重复损失率分别为5.2%、3.1%。FR-2与FR-1对Corious versicolor, Poria placenta的试验结果比较类似。而未经处理的马尾松及毛白杨对以上2菌种试验的重复损失率在41.3%~ 70.3%之间。对于FR-1、FR-2处理的马尾松、毛白杨, 在本试验吸药量范围内, 随着吸药量增加, 耐腐性提高。当达到一定的吸药量时, FR-1、FR-2对木材耐腐性3月试验后的重复损失率小于10%, 处理后的木材基本可达到强耐腐等级国家标准。PF树脂处理的马尾松、毛白杨达到强耐腐等级时的用药量较高, 与报道的结果有些出入, 可能由于PF树脂的分子量及处理后的固化程序不同。

2.3 木材湿胀性试验结果

表 4、5可见, FR-1处理的马尾松吸药量分别为50.8、75.6 kg/m³时, 木材抗湿胀率(ASE)为29.2%、30.0%(表 4), FR-1处理的毛白杨吸药量分别为58.5、93.5 kg/m³时, ASE分别为39.6、46.0% (表 5)。对马尾松, FR-2对ASE的影响同FR-1类似(表 4)。对于FR-1、FR-2处理的毛白杨, 在本试验吸药量范围内, 随着吸药量的增加, ASE逐渐提高(表 5)。PF树脂对马尾松、毛白杨, 吸药量分别为79.0、63.8 kg/m³时, ASE分别为46.2%、41.4%。本文的结果与报道的PF树脂的尺寸稳定效果相近, 但由于PF树脂的分子量及处理的树种、处理的程序不同, 结果会有差异。

2.4 药剂处理对马尾松、毛白杨抗弯弹性横量的影响结果

FR-1处理的马尾松吸药量为65.9 kg/m³时, 处理时MOE有所增加, 但差异不显著; FR-1处理的毛白杨吸药量为92.7 kg/m³时, 处理对MOE增加幅度为6.3%, 差异显著(表 6)。Lebow(1990)对不同阻燃剂处理木材的MOE、MOR进行了概括, 一般的阻燃处理对木材的MOE、MOR有不同程度的降低。本文中FR-1处理毛白杨后的MOE有所增加, 可能由于毛白杨、马尾松试材密度较小, 其中毛白杨的密度比马尾松更低。与其他项目进行的防腐剂处理毛白杨后对MOE的影响结果类似。PF树脂处理的马尾松吸药量为43.2 kg/m³时, 处理马尾松的MOE增加10.6%, 增加显著; PF树脂处理的毛白杨吸药量为54.5 kg/m³时, 处理马尾松的MOE增加17.9%, 增加显著(表 6)。本文中MOE采用比值而非绝对值, 是因为MOE的测试不会破坏试件, 本文中药剂处理前后的试件为同一试件, 这样可减少由于试件的个体差异而导致的系统误差。

FR-1处理对马尾松、毛白杨MOR的影响不明显(表 6), 差异不显著, 与Lebow(1990)中配方接近的药剂处理木材后对MOR影响结果相符。

3 结论

功能性改良药剂FR-1、FR-2与传统的阻燃、防腐剂相比, 兼有阻燃、防腐、尺寸稳定的作用, 目前国内使用的阻燃剂一般对抗弯弹性模量、抗弯强度有一定的负影响, FR-1处理的毛白杨对抗弯弹性模量有一定的增加, FR-1、FR-2处理后的木材具有保持本色、不影响油漆等性能, 药剂无毒、无味, 自然条件下放置2 a未返霜, 适用于室内木结构、木质装饰、家具、地板、古建筑物的阻燃处理。FR-1、FR-2采用真空加压浸渍处理, 处理每m³木材药剂成本为400 ~ 500 yuan左右, 具有一定的应用前景。

PF树脂的阻燃效果较差, 处理的马尾松、毛白杨达到强耐腐等级时的用药量较高, 药剂本身带淡红色, 而且药剂的稳定性较差, 室温放置2月后药剂固化, 其应用范围十分有限。