专利名称：户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于木质材料表面进行涂饰的混合物，尤其涉及户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物及方法；用于防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物及使用这种组合物制备防腐木质工程材料的方法。
背景技术：
木材作为一种天然生物质材料，由于其具备一些特性能给人非常舒适的视觉及触觉感受，使充斥着钢筋、水泥的城市整体格调更趋于人性化，也使越来越远离大自然的城市居民能在紧张的生活节奏中得到放松。然而，由于木材自身所具有的营养成分，使其在一定的适宜的温度、湿度等条件下极易遭受真菌、细菌及各种虫害的破坏。木材防腐处理则可有 效提闻木材的抗菌杀虫等性能，从而防止木材的破坏，延长木材的使用寿命，是节约木材资源、提高木材利用效率、增加木材产品功能的重要途径。根据国内外大量试验结果统计，经防腐处理后的木材，其使用寿命是未经处理的5 6倍。而我国每年对林木及其制品的需求折合资源蓄积量为3亿立方米以上，而我国现有森林资源的年合理供给量仅占需求量的60%左右；另一方面，在未来5 - 10年，全国人口年均净增1100万左右，经济增速每年7%以上，这对本来就已经很贫乏的木材供应，提出了更高的要求，因此，对木材及相关木质品进行一定的防腐处理，是缓解森林资源紧缺的一条有效途径。长期以来，在木材防腐行业广泛使用的有铬化砷酸铜(CCA)、胺(氨)溶季铵铜(ACQ)木材防腐剂。近年来，CCA中所含的五价砷离子和六价铬离子的致癌性已被美国环保局(US — EPA)等权威机构所确定。在美国、日本及北欧许多国家，CCA已被限制或禁止在民用场所使用。由于铜不仅价格低廉、水溶性好、具有良好的抗菌、耐腐性，并且对环境的影响比较温和。并且，相对而言对哺乳动物是无毒的。因此，二价铜离子已成为第二代木材防腐剂的主要活性成分,其中抗菌杀虫性较好的ACQ木材防腐剂迅速占领了 CCA让出的市场份额，尤其是在中国，ACQ防腐剂的使用越来越广泛。作为户外用材使用时，ACQ防腐处理材中有效成分二价铜离子的抗水流失性较差，这就会对环境造成一定的危害。因为，铜离子对哺乳动物相来讲是没有毒性的，但是其对水生生物的危害极大。研究发现，湖水中铜离子浓度超过60 μ g/L，鱼就会完全消失，这个浓度已超过了一些幼鱼的致死剂量。铜离子加到土壤和沉积物中也可影响微生物群体。高浓度的Cu2+会抑制藻类的生长和光合作用，影响原生质膜的渗透性，使钾从细胞内丧失。高浓度的锌离子也会影响藻类这的光合作用，造成类胡萝卜素与叶绿素的比例失调，进一步引起藻细胞的死亡。因此，解决好ACQ防腐剂中有效成分的流失问题不仅可以延长防腐处理材的使用寿命，同时也可以确保环境的安全。经过防腐处理的木质品，尤其是使用松木作为基材的，由于长期曝露在自然环境中，处理材表面常会出现耐候性较差的问题，经受日晒雨淋，时间久了木材表面会老化，主要表现为颜色变浅即褪色甚至变灰，同时表面会出现开裂、翘曲、甚至腐蚀现象等。申请者曾经调研了包括青岛国际奥运帆船中心、大连老虎滩海洋公园、北京通州运河公园等地的防腐木材应用示范项目，这些景区的栈道均采用的是经水载型防腐剂防腐处理的木材(如ACQ和CCA)。在这些防腐木质工程中均不同程度地存在着表面变色及开裂现象，有的地方由于存在着严重的腐蚀现象已经更换了新的防腐处理材，这也增加了这些产品的后期维修成本。本发明人根据木材的特性，利用化学反应原理，经过大量研究和试验，发明了一种利用氧化钛改性有机硅聚合树脂的双组分新型户外木器涂料，用于防腐处理木质工程材料表面的技术方法。采用本发明处理方法可赋予防腐处理木质工程材料表面具有良好的抗水流失性和耐候性。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于木材防腐剂处理的木质工程材料表面涂饰的户 外木器涂料组合物。本发明的另一个目的是提供一种使用所述的组合物进行防腐木质工程材料的制备方法，采用本发明的方法处理的木质材料，在提高防腐木质工程材料抗水流失性的同时，还会有效地改善其耐候性，并赋予防腐木质工程材料良好的户外使用性能，从而有效地延长防腐木质工程材料的使用寿命，降低其对周围环境的危害。本发明的技术方案如下一种用于户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物，其组份及质量份数配比如下有机硅聚合物2-7份，闻分子树脂1-5份，钛氧化物2-5份，有机溶剂组份2-4份，单体混合物1-3份。有机硅聚合物是选自二甲基硅烷、聚硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；高分子树脂是选自聚甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、双酚A型环氧树脂、丙烯酸丁酯中的一种或多种；钛氧化物选自一氧化钛或钠米二氧化钛的一种或多种。所述的组合物优选组份及质量份数配比如下有机硅聚合物4-5份，闻分子树脂3-5份，钛氧化物2-3份，有机溶剂组份3-4份，单体混合物2-3份。所述的组合物最优选组份及质量份数配比如下有机硅聚合物4. 5份，闻分子树脂4份，
钛氧化物2. 5份，有机溶剂组份3份，单体混合物2份。用于户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的方法，包括如下步骤(a) ACQ防腐剂的真空加压浸注处理将气干状态的木质材料旋切成20-40_的单板，放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 06 -O.1MPa,保持30_60min，然后导入ACQ防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为1-2. 5MPa，保持60-120min，使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材；(b)调温调湿后处理
将经过步骤(a)浸注处理的木质材料放入恒温恒湿箱中，在50_90°C、相对湿度为80-95%的环境下进行后处理10-16h ；(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将有机硅聚合物、高分子树脂溶于有机溶剂中，并置于带有回流冷凝装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加单体混合物；滴加完毕后保温 10-30min ;升温至 60_70°C，保温 l_3h ；(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将氧化钛与制备的有机硅聚合物改性的高分子树脂按照1:l(Tl 5的比例进行混合，搅拌均匀；(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面,每个试件涂3-6遍，让氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收；涂饰完成后将试件放置3天。所述的有机溶剂组份及质量份数配比如下醇类化合物1-8份，酯类化合物2-7份。所述的有机溶剂优选组份及质量份数配比如下醇类化合物3-5份，酯类化合物2-6份。所述的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种；所述的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯中的一种或多种。所述的单体混合物组份及质量份数配比如下酯类化合物1-5份，醇类化合物2-7份，酸类化合物1-7份。所述的单体混合物优选组份及质量份数配比如下酯类化合物3-5份，醇类化合物5-7份，酸类化合物2-3份。所述的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯、对羟基苯甲酸甲酯中的一种或多种；所述的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种；所述的酸类化合物选自二羟甲基丙酸、异丙酸、乙二酸、苯甲酸、甲基苯磺酸中的一种或多种。户外木器涂料涂饰是根据防腐木质工程材料的特性，利用化学反应原理，在木质材料表面进行涂饰，达到在防腐木质工程材料表面形成有效保护的方法。选用的树脂分子团较小，可渗入木材内部，分子排列紧密，间隙小，与木材纤维结合牢固。经涂覆后，具有防水、防紫外线、可开孔式透气、渗透力强。一定程度上能抵御木材的腐朽、发霉、开裂、变形等缺陷。克服了之前常规分子团粒径大，很难渗透到木材内部，在木材表层形成漆膜、起层脱落的缺点。水性木器涂料配方挑选脂肪族的聚氨酯，如水性脂肪族聚氨酯分散体，这是因为脂肪族聚氨酯面漆比芳香族聚氨酯面漆的室外耐候性要好。传统脂肪族聚氨酯面漆比芳香族聚氨酯面漆的室外耐候性强，且能满足室外面漆应用中光泽性和保色性的要求。同时，在配方中添加水性丙烯酸乳液能降低配方成本，关键是找到有耐候性的水性丙烯酸树脂，如自交联型水性丙烯酸乳液或高附着力水性丙烯酸乳液和高硬度水性丙烯酸乳液这样的水性丙烯酸树脂、杂化聚合物、羟基丙烯酸分散体和脂肪族聚异氰酸酯等。助剂如分散剂和包覆技术的光稳定剂及颜料，提高了处理木质材料的耐化学品、耐腐蚀性和耐沾污性；耐水性、打磨性和耐划伤性也更好。在常见的成膜助剂，流平剂的基础上，考虑了添加如紫外吸收剂这样的添加剂。紫外吸收剂，如苯甲酮和苯并三唑，但不局限于此，能有选择性的吸收有害的紫外射线并以热的形式损耗掉。同时，为了丰富产品的颜色，充分考虑了颜料的选用。经涂料涂饰处理的木质材料的色泽稳定性，由颜料的耐候性决定，而颜料的耐候性能主要取决于它的化学结构和颜料粒子的粒径大小。如氧化铁系颜料、铬酸盐类颜料和钒酸铋类颜料等，这些颜料都具有各自的优缺点。如色谱较齐全，有铁红、铁黄、铁棕等各种色相，价格便宜，耐候性好、很好的耐光性，但也有着色力差、价格昂贵，且耐酸性不够等缺点。有机颜料的耐候性是由其分子结构决定的，耐候性优良的有机颜料在化学结构上通常有以下特点分子量较大、分子内含卤素原子、杂环、极性基团、金属原子和分子间可形成氢键等。此外，色浆内颜料粒子的直径变小，着色力提高，但耐光坚牢度会变差，因此颜料的粒径不是越细越好，而应控制在某一适当的范围之内。高品质色浆的细度都严格控制在适当的范围内，在加入到户外水性木器漆后只需搅拌均匀或用混匀机混合均匀即可，不用再继续砂磨或高速分散，否则可能会因颜料细度过小而导致的耐候性降低。因此，本发明所述功能性户外木器涂料采用包覆技术纳米改性二氧化钛为活性成 分之一，它在吸收太阳光和日光灯中的紫外线后，能在水分和空气中自行分解出自由电子和空穴，由空穴激活空气中的氧，产生活性氧和羟基，其与多种有机物发生氧化反应，可以将周围的有机物质(甲醛、乙醛、VOC等)分解为水和二氧化碳；并且可以和微生物体内多种有机物发生氧化反应，破坏细菌结构。因为涂料表面形成了类似如荷叶表面般致密的超微纳米氟碳结构，具有极低的表面能量，涂料的表面能量越低，就越不会被液体污染，即抗污染能力就越强。
通过纳米技术利用结构上的变化将传统乳胶漆的原有性能提高了一个层次。由于纳米级小尺寸效应，使涂料产生“渗透”作用，在涂料层界面通过采用生物仿真技术，使涂料表面形成类似如荷叶表面般致密的超微纳米结构，涂料的各项性能都得到了很大的提升。有机娃聚合物是一种半有机高分子材料。其主链由娃原子和氧原子组成，侧基却是有机基团，也就是说，在有机硅聚合物的分子主链的外面，排着一层非极性的有机基团，这就使得它们具有良好的憎水性。由于有机硅聚合物分子结构的特点，使得其分子间的作用力较弱。引起的后果是，一方面具有优异的耐低温性，在-60°C温度下还保持良好的弹性，而另一方面其机械强度较低，难以承受因气温变化引起的伸缩和变形。因此，有机硅聚合物虽有很好的憎水防水性，但也不适宜单独用作防水材料的基料。用有机硅聚合物分子中的硅醇基与高分子树脂中的羧基进行化学接枝改性。得到接枝共聚物。正是为了集两种聚合物性能之长，起到优势互补的作用。将本发明所述的有机硅聚合物混合物溶于有机溶剂中，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加本发明所述的高分子树脂混合单体，滴加完毕后保温10-30min。升温至60_70°C，保 温 l_3h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将本发明所述的氧化钛化合物与本发明所述制备的有机硅聚合物改性的高分子树脂按照1/10-1/5的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面,每个试件涂刷3-6遍，让氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后将试件放置3d，之后按照相关标准检测性能。本发明所述的制备方法，其中有机溶剂中的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。优选的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。更优选的醇类化合物选自聚乙烯醇、苯氧基乙醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。本发明所述的制备方法，其中有机溶剂中的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯中的一种或多种。优选的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯中的一种或多种。更优选的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、苯氧羧酸酯中的一种或多种。本发明所述的制备方法，其中单体混合物中酯类化合物选自选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯、尼泊金酯(对羟基苯甲酸甲、乙、丙、丁酯)中的一种或多种。优选的酯类化合物选自选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、苯氧羧酸酯、对羟基苯甲酸甲酯中的一种或多种。更优选的酯类化合物选自选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯中的一种或多种。本发明所述的制备方法，其中单体混合物中醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。优选的醇类化合物选自聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。更优选的醇类化合物选自聚乙烯醇、苯氧基乙醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种。本发明所述的制备方法，其中单体混合物中酸类化合物选自二羟甲基丙酸、异丙酸、乙二酸、苯甲酸、甲基苯磺酸中的一种或多种。优选的酸类化合物选自二羟甲基丙酸、异丙酸、乙二酸、苯甲酸中的一种或多种。更优选的酸类化合物选自二羟甲基丙酸、异丙酸、乙二酸中的一种或多种。有益效果按本发明所述制备兼具抗水流失性及耐候性的防腐木质工程材料的方法，通过表面涂饰技术使防腐木质工程材料表面形成均匀的有机涂膜，不但增加了木质工程材料的表面装饰性，同时赋予了防腐木质工程材料良好的抗水性及耐候性，提高了防腐木质工程材料在户外使用时的性能，可以有效延长其使用寿命，降低其对环境造成的危害。按本发明制备方法获得的防腐木质工程材料，其中有效成分铜的流失率可由未经任何处理时的90%以上，下降为8%_15% ;经老化试验后，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均要明显小于未处理材，处理材的重量损失率仅为5%-8%，强度损失仅为5%-12%。
具体实施例方式以下实施实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1(a)木材防腐剂的真空加压浸注处理将气干状态的锯材放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 06MPa,保持60min,然后导入一定浓度的木材防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为1. 5MPa，保持IOOmin,使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的杨木单板放置在50°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理12h。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将4g的乙烯基三甲氧基硅烷、3g的聚甲基丙烯酸三氟乙酯溶于2g的有机溶剂中(由Ig的异丙醇、Ig的丙烯酸丁酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°c，缓慢滴加Ig的单体混合物(由O. 2g的丙烯酸丁酯、O. 3g的乙二酸和O. 5g的异丙醇组成)。滴加完毕后保温30min，升温至70°C，保温lh。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将2g的纳米二氧化钛与有机硅聚合物改性的聚丙烯酸树脂按照1/8的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米二氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后将试件放置7d进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测其中有效成分铜的流失率为11% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为9%，强度损失仅为10%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例2
(a)木材防腐剂的真空加压浸注处理将气干状态的锯材放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-O.1MPa,保持30min,然后导入一定浓度的木材防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为IMPa，保持60min,使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的杨木单板放置在70°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理10h。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将2g的二甲基硅烷、Ig的甲基丙烯酸甲酯溶于3g的有机溶剂中(由Ig的聚乙烯醇和2g的醋酸丁酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅 拌并升温至40°C,缓慢滴加2g的单体混合物(O. 5g的异氰酸酯、Ig的聚乙烯醇和O. 5g的异丙酸组成)。滴加完毕后保温lOmin，升温至60 C，保温3h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将3. 5g的纳米二氧化钛与有机硅聚合物改性的聚丙烯酸树脂按照1/10的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后将试件放置3d进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测其中有效成分铜的流失率为14% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为8%，强度损失仅为10%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例3(a)木材防腐剂的真空加压浸注处理将气干状态的锯材放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 07MPa，保持30min，然后导入防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为-2. 5MPa，保持120min，使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的杨木单板放置在90°C、相对湿度为95%的环境下进行后处理16h。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将7g的聚硅氧烷、5g的双酚A型环氧树脂溶于4g的有机溶剂中(由2. 2g的苯氧基乙醇、1. Sg的异氰酸酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°c，缓慢滴加3g的单体混合物(O. Sg的乙酸乙酯、1.1g的苯氧基乙醇和1.1g的乙二酸组成)。滴加完毕后保温30min，升温至70°C，保温2h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将5g的纳米二氧化钛与有机硅聚合物改性的环氧树脂按照1/5的比例进行混合，搅拌均匀。
(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料 被木材充分吸收。涂饰完成后将试件放置3d进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA E11-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测其中有效成分铜的流失率为10% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为7%，强度损失仅为8%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例4(a) ACQ木材防腐剂的真空加压浸溃处理将气干状态的锯材置于真空加压处理罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 09MPa，保持30min,然后导入木材防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为IMPa，保持60min，使木材能充分吸收防腐剂溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的马尾松样品放置在70°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理I Oh。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将4. 5g的苯基三甲氧基硅烷、4g的丙烯酸丁酯溶于3g的有机溶剂中(由Ig的丙三醇、2g的乙酸乙酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C,缓慢滴加2g的单体混合物(由O. 6g的苯氧羧酸酯、O. 4g的甲基苯磺酸和Ig的聚乙二醇-1000组成)。滴加完毕后保温30min，升温至60°C，保温2h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将2. 5g的纳米一氧化钛与有机硅聚合物改性的丙烯酸树脂按照1/5的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后，将试件放置7d，进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测，其中有效成分铜的流失率为8% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为10%，强度损失仅为12%，处理材表面的色品指数Λ a*、A b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例5(a) ACQ木材防腐剂的真空加压浸溃处理将气干状态的锯材置于真空加压处理罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 06MPa，保持60min,然后导入木材防腐剂溶液,接着进行加压处理，压力为2MPa,保持60min,使木材能充分吸收防腐剂溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的马尾松样品放置在90°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理I Oh。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将2g的聚硅氧烷、2. 5g的二甲基硅烷、4g的甲基丙烯酸甲酯溶于3g的有机溶剂中(由1. Sg的聚乙二醇-1000、0. 4g的苯氧羧酸酯、O. Sg的乙酸乙酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加3g的单体混合物(由Ig的对轻基苯甲酸甲酯、O. 4g的苯甲酸、O. 4g的二轻甲基丙酸和1. 2g的丙三醇组成)。滴加完毕后保温30min，升温至70V，保温lh。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将3. 5g的纳米一氧化钛与有机硅聚合物改性的丙烯酸树脂按照1/8的比例进行 混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后，将试件放置7d，进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测，其中有效成分铜的流失率为9% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为8%，强度损失仅为7%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例6(a) ACQ木材防腐剂的真空加压浸溃处理将气干状态的锯材置于真空加压处理罐中，密闭容器，先抽真空至-O.1MPa，保持30min,然后导入木材防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为IMPa，保持60min，使木材能充分吸收防腐剂溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的马尾松样品放置在70°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理15h。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将Ig的_■甲基娃烧、将2g的聚娃氧烧、2. 5g的苯基二甲氧基娃烧、4g的丙稀酸丁酯溶于4g的有机溶剂中(由Ig的聚乙二醇-1000、lg的丙三醇、Ig的苯氧羧酸酯、O. 5g的丙烯酸丁酯O. 5g的醋酸丁酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加3g的单体混合物(由O. 4g的对羟基苯甲酸甲酯、O. 6g的苯氧羧酸酯、O. 4g的苯甲酸、O. 4g的二轻甲基丙酸、O. 2g的异丙酸和O. 4g的丙三醇、O. 6g的苯氧基乙醇组成)。滴加完毕后保温30min，升温至70°C，保温lh。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将3g的纳米一氧化钛与有机硅聚合物改性的丙烯酸树脂按照1/10的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后，将试件放置7d，进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测，其中有效成分铜的流失率为8% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为5%，强度损失仅为6%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例7(a)木材防腐剂的真空加压浸注处理将气干状态的锯材放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 07MPa，保持30min，然后导入防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为-2. 5MPa，保持120min，使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理 将经过步骤(a)浸注处理的杨木单板放置在90°C、相对湿度为95%的环境下进行后处理16h。(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将7g的聚硅氧烷、2g的双酚A型环氧树脂、Ig的丙烯酸丁酯溶于4g的有机溶剂中(由O. 5g的苯氧基乙醇、Ig的丙三醇、Ig的异丙醇、O. 5g的丙烯酸丁酯、O. 5g的醋酸丁酯、O. 5g的异氰酸酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加3g的单体混合物(由Ig的乙酸乙酯、O. 2g的苯氧基乙醇、O. 2g的聚乙烯醇、O. 2g的聚乙二醇-1000和1. 4g的乙二酸组成)。滴加完毕后保温30min，升温至70°C，保温2h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将3g的纳米二氧化钛与有机硅聚合物改性的丙烯酸树脂按照1/5的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后将试件放置3d进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA El 1-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测其中有效成分铜的流失率为8% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为8%，强度损失仅为10%，处理材表面的色品指数Λ a*、Λ b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。实施例8(a) ACQ木材防腐剂的真空加压浸溃处理将气干状态的锯材置于真空加压处理罐中，密闭容器，先抽真空至-O. 09MPa，保持30min,然后导入木材防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为IMPa，保持60min，使木材能充分吸收防腐剂溶液，然后卸压，取出木材。(b)调温调湿后处理将经过步骤(a)浸注处理的马尾松样品放置在70°C、相对湿度为80%的环境下进行后处理I Oh。
(c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备将4. 5g的苯基三甲氧基硅烷、2g的聚甲基丙烯酸三氟乙酯、2g的甲基丙烯酸甲酯溶于3g的有机溶剂中(由1. 4g的丙三醇、1. 6g的乙酸乙酯组成)，并置于带有回流装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加3g的单体混合物(由O. 9g的苯氧羧酸酯、O. 2g的苯甲酸、O. 2g的乙二酸、O. 2g的甲基苯磺酸和1. 5g的聚乙二醇-1000组成)。滴加完毕后保温30min，升温至60°C，保温2h。(d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备将2g的纳米一氧化钛与有机硅聚合物改性的丙烯酸树脂按照1/5的比例进行混合，搅拌均匀。(e)表面涂饰处理
按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3遍，让纳米一氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收。涂饰完成后，将试件放置7d，进行干燥，即制备出兼具防水流失性及耐候性的防腐木质工程材料。采用美国木材防腐协会标准AWPA E11-09标准《水载型木材防腐剂中有效成分的流失试验方法》检测，其中有效成分铜的流失率为10% ;参照美国材料与实验协会标准ASTMG154-06《人工气候加速老化试验方法》检测其重量损失仅为10%，强度损失仅为8%，处理材表面的色品指数Λ a*、A b*、明度差Λ L*和色差Λ Ε*的变化均较小。
权利要求
1.一种户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物，其特征在于，组份及质量份数配比如下 有机硅聚合物 2-7份， 高分子树脂 1-5份， 钛氧化物2-5份， 有机溶剂组份 2-4份 单体混合物 1-3份 有机硅聚合物是选自二甲基硅烷、聚硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的一种或多种； 高分子树脂是选自聚甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、双酚A型环氧树脂、丙烯酸丁酯中的一种或多种； 钛氧化物选自一氧化钛或钠米二氧化钛的一种或多种。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，组份及质量份数配比如下 有机硅聚合物 4-5份， 高分子树脂 3-5份， 钛氧化物2-3份， 有机溶剂组份 3-4份， 单体混合物 2-3份。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，组份及质量份数配比如下 有机硅聚合物 4. 5份， 高分子树脂 4份， 钛氧化物2. 5份， 有机溶剂组份 3份， 单体混合物 2份。
4.用于户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的方法，其特征是包括如下步骤 (a)ACQ防腐剂的真空加压浸注处理 将气干状态的木质材料旋切成20-40_的单板，放入真空加压罐中，密闭容器，先抽真空至-0. 06 -0.1MPa,保持30-60min，然后导入ACQ防腐剂溶液，接着进行加压处理，压力为1-2. 5MPa，保持60-120min，使木材能充分吸收防腐溶液，然后卸压，取出木材； (b)调温调湿后处理 将经过步骤(a)浸注处理的木质材料放入恒温恒湿箱中，在50-90°C、相对湿度为80-95%的环境下进行后处理10-16h ； (c)有机硅聚合物改性高分子树酯的制备 将有机硅聚合物、高分子树脂溶于有机溶剂中，并置于带有回流冷凝装置和电动搅拌的四口烧瓶中，通氮气保护，搅拌并升温至40°C，缓慢滴加单体混合物；滴加完毕后保温10-30min ;升温至 60_70°C，保温 l_3h ； (d)氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料的制备 将氧化钛与制备的有机硅聚合物改性的高分子树脂按照1:l(Tl 5的比例进行混合，搅拌均匀；(e)表面涂饰处理 按照木材纹理涂刷木材表面，每个试件涂3-6遍，让氧化钛改性有机硅聚合树脂涂料被木材充分吸收；涂饰完成后将试件放置3天。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂组份及质量份数配比如下 醇类化合物 1-8份， 酯类化合物 2-7份。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂组份及质量份数配比如下 醇类化合物 3-5份， 酯类化合物 2-6份。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种；所述的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯中的一种或多种。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的单体混合物组份及质量份数配比如下 酯类化合物 1-5份， 醇类化合物 2-7份， 酸类化合物 1-7份。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的单体混合物组份及质量份数配比如下 酯类化合物 3-5份， 醇类化合物 5-7份， 酸类化合物 2-3份。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的酯类化合物选自丙烯酸丁酯、异氰酸酯、乙酸乙酯、苯氧羧酸酯、对羟基苯甲酸甲酯中的一种或多种；所述的醇类化合物选自异丙醇、聚乙烯醇、苯氧基乙醇、丙三醇、聚乙二醇-1000中的一种或多种；所述的酸类化合物选自二羟甲基丙酸、异丙酸、乙二酸、苯甲酸、甲基苯磺酸中的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及户外使用的防腐处理木质工程材料表面涂饰的组合物及方法；有机硅聚合物、高分子树脂、钛氧化物、有机溶剂组份和单体混合物。通过表面涂饰技术使防腐木质工程材料表面形成有机涂膜，增加了木质工程材料的表面装饰性，同时赋予了防腐木质工程材料良好的抗水性及耐候性，提高了防腐木质工程材料在户外使用的性能，有效延长其使用寿命，降低对环境造成的危害。本发明获得的防腐木质工程材料，其中有效成分铜的流失率由未经任何处理时的90%以上，下降为8%-15%；经老化试验后，处理材表面的色品指数△a*、△b*、明度差△L*和色差△E*的变化均要明显小于未处理材，处理材的重量损失率为5%-8%，强度损失为5%-12%。
文档编号C09D7/12GK103013328SQ20121057628
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者于丽丽, 马晓军, 朱礼智, 杨红梅, 朱俊艳, 刘辛燕 申请人:天津科技大学