专利名称：用硼处理建筑材料的方法以及建筑材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用硼处理建筑材料的方法以及经硼处理的建筑材料。
背景技术：
硼是最有效的杀虫剂之一。在第六界德国木材研究协会木材保护大会上，W.P.K.Findlay发表了一篇题为“用于保护木材免受真菌和昆虫侵害的硼化合物”的文章，该文章显示，早在1959年，硼对真菌和昆虫的毒性便得到广泛的认识。不过，使用硼存在一个固有的缺陷，即硼可降低多种胶和粘合剂的粘接力。Findlay引用的参考文献提及了所述的粘接力的降低，后来的文章例如1997年Dan Freel、Chris Maples、BruceNeiderer、William T.(Chip)Reynolds和James R.Watson在国家海事博物馆协会发表的题为“乙二醇和硼酸钠的溶液对环氧树脂对白橡木和白松木样品的粘合性的影响”对此也有提及。由于只能使用选定的胶和粘合剂，使得该粘接力问题成为以具有成本效益的方式制造经硼处理的建筑材料的一大障碍。其对能够在制造后用于建筑材料的胶和粘合剂也能产生影响。
发明内容
需要一种用硼处理建筑材料的方法，其能够与更多的胶和粘合剂一同使用而不会对粘接力造成不良影响。
本发明在一个方面提供了一种用硼处理建筑材料的方法，其包含的步骤为以水溶性硼酸铜复合物的形式将硼导入建筑材料的制造过程中。
本发明在另一方面提供了经硼处理的建筑材料，该建筑材料在制造过程中经过了水溶性硼酸铜复合物的处理。
美国专利6,001,279(Payzant等)公开了一种制造含有铜和硼的强化型水溶性木材防腐剂。实验室研究的第一个出乎意料的发现是，铜与硼产生化学变化形成了一种硼酸铜复合物。在以建筑产品进行实验时的第二个出乎意料的发现是，当硼存在于一种硼酸铜复合物中时，硼酸铜复合物似乎掩盖了硼的存在。这大大增加了所能使用的胶和粘合剂的种类。在一些情况下，硼酸铜复合物增强了粘合剂的作用。
硼并非没有局限性，而这些局限性是许多研究关注的课题。Findlay的研究发现，如果长时间置于潮湿环境中，在过滤过程中可能有硼的丢失。这在大多数应用中并不被认为是一个重要的问题。Lonnie H.Williams和Terry L.Amburgey在其题为“Lyctid Beetle虫害的综合防护——经硼处理的木材的抗性”的文章中(由林木产品研究协会于1987年2月出版)发现，硼处理不能抵抗霉菌真菌或软腐真菌。考虑到一篇题为“Atlantic加拿大学院霉菌污染物问题的评估霉菌的负荷、扩增位点、以及前摄性学院监察政策的益处”(Thomas G.Rand，Department of Biology of SaintMary′s University of Halifax，Nova Scotia)的文章，这种缺点的组合变得愈发的明显。Rand博士研究霉菌菌种，特别是产毒素真菌的生长环境。其研究发现产毒素真菌存在于由持续的水渗透和凝结等问题所引起的腐败的建筑材料中。他确定了最高的孢子负荷存在于天花板的通风空间、地下室、水电管线空间以及围墙的孔洞等非居住空间中。他确定了室外和“正常”学校环境中的霉菌菌种在数量和性质上均有不同。Rand博士所研究的学校的居住者所发生的健康问题与接触霉菌引起的症状相一致，这些症状包括上呼吸道症状、流涕、头痛、皮疹和鼻衄。根据以上文献，看起来用硼处理对控制Rand博士的研究中所鉴定的产毒素真菌的问题可能是无效的。
使用硼酸铜复合物的优点被认为是铜减慢了硼的滤出，且铜具有杀真菌作用。
通过以下的描述结合附图，本发明的这些以及其他特征将更加显而易见，附图的目的仅仅是用于说明，其意图并非是将本发明的范围以任何方式局限于在此所示的具体实施方式
中，其中图1是用硼处理建筑材料的优选方法的步骤的流程图。
具体实施例方式
现参照图1描述用硼处理建筑材料的优选方法。
用硼处理建筑材料的方法的步骤为以水溶性硼酸铜复合物的形式将硼导入建筑材料的制造过程中。美国专利6,001,279概括提供了形成水溶性硼酸铜复合物的方法。
将一些水溶性硼酸铜复合物在制造工艺中导入华夫板(waferboard，也称为定向刨花板(Oriented Strand Board)或OSB)以验证该方法。然后由Alberta研究理事会测试该华夫板的强度，并由Forintek加拿大公司测试其对霉菌的抗性。该硼酸铜复合物根据美国专利6,001,279提供的方法进行制备。然后将硼酸铜复合物进行粉碎并导入。由于发现任意大小的粉碎物可导致霉菌团残留，因此优选使用200目左右的细粉碎物以确保其均匀的分布。参照图1，其显示了一个移动传送装置12。在华夫板的制造工程中，将混合了粘合剂(未显示)的华夫碎片(wafer chip)14自第一料斗16沉积到移动传送装置12上以形成下层18。然后将来自第二料斗22的硼酸铜复合物的粉碎颗粒20导入到下层18上面。然后将更多的混合了粘合剂(未显示)的华夫碎片14自第三料斗24沉积到下层18上面以形成上层26。然后用滚筒28将上层26和下层18压缩在一起，形成含有硼酸铜复合物的华夫板30。
然后由Alberta研究理事会对华夫板30进行强度测试，其结果显示于下表
表1内部粘接(0.437.1-93)客户Tolko/Genics 测试材料华夫板，随机测试日期November 25，2000厚度7/16in-11.0mm项目号. 1088028 条件接受的内部粘接 嵌板 断裂嵌板编号样品号 样品长度样品宽度样品厚度 样品重量样品密度 最大负荷 强度 平均值 部位mm mm mm g Kg/m2NMPa MPaY-1 150.450.411.1217.5620778 0.306 3250.450.411.0817.06041033 0.407 3350.450.411.2216.5579827 0.326 0.3473450.250.411.2417.8626981 0.388 3550.250.411.2618.96631082 0.428 3650.250.411.1816.6567579 0.229 3No. 6 6 66 6 66 1Avg. 50.350.411.1817.4613880 0.347 0.347S.D. 0.110.000.0710.900.90 188.80.075C.V. 0.22％ 0.00％ 0.63％ 5.16％ 4.99％ 21.45％ 21.48％ALBERTA研究理事会林产品实验室额外测试来自Trial#；2.xls-Y-1
表2内部粘接(0.437.1-93)客户Tolko/Genics 测试材料华夫板，随机测试日期November 25，2000 厚度7/16in-11.0mm项目号. 1088028条件接受的内部粘接 嵌板 断裂嵌板样品号 样品长度样品宽度 样品厚度 样品重量样品密度最大负荷 强度 平均值 部位No.. in in in lb Lb/ft3lbf psipsiY-1 11.981.98 0.438 0.0385 38.7174.944.4321.981.98 10.436 0.0374 37.7232.259.0331.981.98 0.442 0.0363 36.1185.947.2 50.3 341.981.98 0.443 0.0392 39.1220.556.2351.981.98 0.443 0.0416 41.4243.262.0361.981.98 0.440 0.0366 36.6130.233.23No. 6 6 6 6 6 66 1Avg. 0.981.98 0.440 0.0383 38.3197.850.3 50.3S.D. 0.004 0.000 0.003 0.002 1.9142.4410.82C.V. 0.22％ 0.00％ 0.63％ 5.16％ 4.99％ 21.45％ 21.48％ALBERTA研究理事会林产品实验室额外测试来自Trial#；2.xls-Y-l
表3小结表性能等级(0437.0-93)客户Tolko/Genics 测试材料华夫板，随机测试日期April 18，2001厚度11.0mm-7/16in项目号. 1088029 条件根据测试要求(0437-1-93)组号组1 单位 R-1 Dir’n要求 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13内部粘接 MPa 0.345 0.486 0.520 0.246 0.354 0.372 0.372 0.386 0.387 0.387 0.454 0.5460.6370.531厚度膨胀％ 15.0 16.5 13.1 17.3 19.8 18.7 20.1 18.1 16.5 19.0 16.8 16.2 11.9 10.8.24h浸泡边缘膨胀％ N/A27.1 25.1 28.5 32.4 31.6 32.2 31.7 28.8 30.7 27.0 26.9 24.0 22.5.24h浸泡水吸收％ N/A33.7 25.0 33.9 37.9 37.4 40.2 35.9 34.5 38.3 37.5 31.2 23.9 23.4.24h浸泡ALBERTA研究理事会林产品实验室测试3.Mar29.31-01Als.测试小结表4小结表性能等级(0437.0-93)客户Tolko/Genics测试材料 华夫板，随机测试日期April 18，2001 厚度 11.0mm-7/16in项目号. 1088029 条件 根据测试要求(0437-1-93)组Number组1单位 R-1 Dir’n要求 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121370.5 75.4 35.7 51.3 53.9 54.0 55.9 56.2 53.6 65.8 79.1 92.4 77.0内部粘接 psi50.0厚度膨胀％ 15.0 16.5 13.1 17.3 19.8 18.7 20.1 18.1 16.5 19.0 16.8 16.2 11.9 10.8.24h浸泡边缘膨胀％ N/A 27.1 25.1 28.5 32.4 31.6 32.2 31.7 28.8 30.7 27.0 26.9 24.0 22.5.24h浸泡水吸收％ N/A 33.7 25.0 33.9 37.9 37.4 40.2 35.9 34.5 38.3 37.5 31.2 23.9 23.4.24h浸泡ALBERTA研究理事会林产品实验室测试3.Mar29.31-01Als.测试小结然后由Forintek加拿大公司测试华夫板30对霉菌的抗性。
概述近来注意到如果水渗透到墙壁系统并长时间残存在墙壁的孔洞中，建筑覆盖产品则易于出现真菌生长。Genics公司请Forintek来研究其含有硼酸铜的OSB嵌板的产品对霉菌的抗性。本文描述了硼酸铜OSB嵌板产品在利于霉菌生长的理想条件下，对霉菌在其表面定值的抗性的研究方法和结果。
在暴露于环境室4周后，含有硼酸铜(3种硼酸铜比例的每一种)和无水氧化硼(2个测试浓度中的较高者)的OSB样品，显示出对霉菌生长具有相似的很高的抗性。未经处理的OSB嵌板，硼酸锌处理的嵌板产品和Douglas杉木胶合板显示出对霉菌生长具有相似的较低的抗性。硼酸铜和无水氧化硼产品则具有明显的剂量反应效应。
1.目的本测试的目的是评价含有硼酸铜的OSB嵌板与不含有添加剂的OSB嵌板、含有无水氧化硼的OSB嵌板、OSB嵌板和一种含有硼酸锌的OSB榫接地板产品(tongue and groove flooring product)以及Douglas杉木胶合板在环境室中对霉菌的抗性。
2.简介近来注意到如果水渗透到墙壁系统并长时间残存在墙壁的孔洞中，建筑覆盖产品则易于出现真菌生长。Genics公司请Forintek来研究其含有硼酸铜的OSB嵌板的产品对霉菌的抗性。本文描述了硼酸铜OSB嵌板产品在利于霉菌生长的理想条件下，对霉菌在其表面定值的抗性的研究方法和结果。
本方法采用控制环境室的温度和湿度条件以评价样品表面对多种天然的和人工接种的霉菌生长的抗性。采用ASTM标准D3273-94’，但环境室温度维持于25℃而不是指定的32.5℃。
3.人员Paul Morris 研究组主任，耐久性和保护组Dave Minchin木材保护技术专家Shane McFarling 木材防腐处理技术专家Janet Ingram木材防腐技术专家4.材料和方法4.1测试材料含有硼酸铜的OSB嵌板、含有氧化硼的OSB嵌板和不含添加剂的OSB由Alberta研究理事会(ARC)为Genics公司生产。根据不同的处理或产品，对含有3种硼酸铜比例(2.9％、5％和10％硼酸当量(BAE))之一的嵌板或含有2种无水氧化硼水平之一的嵌板、和未处理的OSB嵌板进行编号并运送到Forintek。2种含有硼酸锌的嵌板产品(OSB覆盖产品和OSB榫接地板产品)来自Genics公司并运送至Forintek。进行测试的OSB产品和胶合板的处理水平、处理/产品编号以及嵌板的厚度概括于表1。
表1测试产品和硼酸含量
平均值和标准差(括号中)所有的由Genics公司提供的嵌板和Douglas杉木胶合板都在Forintek进行处理制成测试样品，进行霉菌抗性和硼酸分析。将每组产品的嵌板的10份样品(100×75mm)放置在霉菌生长室中●如果接受的是每种产品的3个嵌板(所有的嵌板由ARC制备，表1)，则自2个嵌板中的每一个切下3个霉菌抗性的样品，而自第3个嵌板切下4个样品，总共为10个样品。
●如果接受的是1种产品的3个嵌板(硼酸锌产品)，则自2个嵌板中的每一个切下3个样品，而自其余的2个嵌板中的每一个切下2个样品。
●所有10个Douglasfir样品均切自一片胶合板。
由Forintek分析来自每一种嵌板产品的47个分析样品(19×19mm)的硼酸含量，采用的方法是标准的热水提取和滴定方法。用于霉菌抗性测试的样品被放置在实验室环境温度中(大约20℃)和相对湿度(大约30％)的条件下，然后记录其最初的测试前重量。这不包括自硼酸锌嵌板切下的样品，该样品在抵达Forintek后24小时内进行处理和称重。
4.2.测试室将霉菌抗性样品随机分配至4个环境室中的1个。每个环境室(图1)由1个矩形的114升(61×46×46cm)结实的聚乙烯罐组成，该罐具有一个由6.4mm厚的透明的丙烯酸树脂倾斜顶盖。其斜度足以使得冷凝水沿着顶盖的内表面流下而不会滴到悬放于罐中的样品上。
罐的底部有8cm深的水。一个具有被塑料遮光纤维包被的不锈钢粗线网的托盘承载了一层8cm厚的未经无菌处理的商品化盆栽土壤，土壤高出水面大约3cm。托盘的侧壁与罐壁之间留有大约5cm的间隙以保证罐内空气的流动。一个10cm直径的风扇(Muffin，modelMU2A1)被放置在土壤托盘的一端以使得空气在环境室中在土壤表面循环，以帮助孢子分布。
将样品以等间距悬置，使用的是横跨罐的宽度的4个塑料支撑杆中的1个上的环眼吊钩(eyehook)。将样品以长径垂直的方向悬置，且互相平行，以使得表面与风扇气流垂直。样品的低端在土壤表面的上方大约13cm。
通过浸没式加热器对每个环境室(Ogden，300瓦，120伏)进行供热，该加热器自环境室的一端水平放置于水中。加热器由solid-state电子温度控制器(Ogden)进行控制，以保持样品附近的温度为25.0±1.0℃，由位于样品之间的热电偶测量。为获得均衡的供热，通过设置于最大流速的水槽循环泵(Aqua-pump-1，流速可调式)对罐中的水进行持续搅拌。环境室通气不良可导致环境室中的相对湿度持续达到或接近100％。这可由倾斜顶盖上面冷凝水的持续形成而确定。
4.3.接种将以下培育物接种于1.5％麦芽提取物、2％琼脂(Difco)Petri培养皿中，在32.5℃孵育18天以制备用于测试室的接种物极细链格孢菌(Alternaria tenuissima group(Kunze)Wiltshire) Ftk 691B黑曲霉菌(Aspergillus niger v.Tiegh.) ATCC 6275出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans(d By)Arnaud) ATCC 9348桔青霉菌(Penicillium citrinum Thom)ATCC 9849通过自接种皿的表面刮下孢子和菌丝体并在搅拌器中与水混合15秒而制备接种悬液。
用水将悬液体积调整至1升。用50-ml的加样器将接种物平均分配于四个室的土壤表面。在导入接种物前至少将室中的条件维持于测试条件达一周，且接种后将室中的条件维持于测试条件至少达4周，然后将测试样品放置于室内。这使得真菌在土壤中生长并产生孢子以便分布于样品的表面。
4.4.评估在暴露于环境室2周和4周，将样品取出、称重、并对真菌生长的程度和密度按照0-10进行分级评价，其中0代表无生长，而10代表广泛和密集的真菌生长。分级评价系统的重点在于覆盖两面的表面区域，并考虑到真菌生长的变色程度。根据样品的重量的变化测定样品在为期2周的暴露期间的吸湿程度。
5.结果和讨论
5.1.两周后的评估在2周和4周时样品的霉菌生长情况的分级概括于表2，以每个嵌板产品的10个重复样品的平均值显示。表2还显示了吸湿程度的测定值，以样品的重量自暴露于环境室中之前记载的最初重量的增加值的平均百分数表示。
表22周和4周时的真菌生长分级和吸湿程度百分数的小结
平均值和标准差(括号中)暴露于室中2周后，含有硼酸铜或无水氧化硼的任何一种OSB产品上均极少有霉菌生长，且在这些产品中未发现存在剂量/反应效应的迹象(平均分级为0.6至1.1)。未处理的对照OSB嵌板中的真菌生长更为强烈(平均分级为4.8)。Douglas杉木胶合板和硼酸锌OSB嵌板和OSB榫接(T&G)地板产品中的真菌生长最为强烈(分级为6.1至8.1)。生长于所有样品的绝大多数真菌表现为很亮的、白色或淡绿色的生长，当以低角度观察样品的表面时最为明显。
所有Genics OSB嵌板的吸湿程度百分数的平均值均相似，无论是否含有硼酸，对于Douglas杉木胶合板而言也是如此(17.9％至20.7％)。含硼酸锌的嵌板的产品的吸湿程度百分数略低(对于OSB嵌板而言是15.4，而对OSB榫接地板产品而言是13.0％)。这可能是因为含硼酸锌的产品的初始重量是未经处理的。
5.2.4周后的评估暴露于室中4周后，所有的嵌板产品的样品上的霉菌的生长均更广泛。霉菌生长最少的是含硼酸铜的样品和含高水平无水氧化硼的样品。
含硼酸铜的样品的平均分级提示存在剂量/反应效应，低比例至高比例的硼酸铜嵌板的样品的分级分别为4.4、3.3和2.5。无水氧化硼具有很强的剂量/反应，低水平的样品的平均分级为6.7，而高水平的样品的平均分级为3.0。对照OSB、Douglas杉木胶合板和两种硼酸锌处理的样品具有广泛的霉菌生长，平均分级分别为9.3、9.5、9.5和10.0。仅有少数样品具有强的霉菌着色，这通常出现于表面或边缘被广泛覆盖的样品中。唯一表现为持续强生长的嵌板产品为榫接硼酸锌产品，与所有其他嵌板产品相比，其在2周和4周评估中的生长均特别强烈。
总体上，含硼酸的产品的平均分级与分析测定的硼酸的含量具有良好的相关性(图2)，但硼酸锌产品除外。这可能提示硼酸作为活性成分在提供给测试产品的霉菌抗性方面的重要性。可能是因为真菌无法利用硼酸锌的硼酸，因而使得硼酸锌不具有霉菌生长抗性。
图例×硼酸锌 ○对照OSBI 无水氧化硼 I 无水氧化硼 □硼酸铜2.9％ 硼酸铜5％ ■硼酸铜10％ --趋势线图2硼酸含量与霉菌生长分级在2周和4周评估中，任何样品的吸湿程度均极少增加，提示所有的嵌板类型均在室内的最初2周内达到了最大的吸湿程度。
6.结论暴露于环境室4周后，含有三个测试水平的硼酸铜的OSB样品和含有两个测试水平中的较高一个水平的无水氧化硼的样品显示出明显的霉菌生长抗性。
4周后，该硼酸铜和无水氧化硼产品显示出明显的剂量/反应效应。
暴露于环境室4周后，未处理的OSB嵌板、硼酸锌处理的嵌板产品以及Douglas杉木胶合板大体上对霉菌生长无抗性。
所用类型的嵌板在室中的最初2周均达到最大吸湿程度。
为不中断正常的生产工艺，可将粉碎的木材防腐剂分别导入。但应该理解，转而采用此种类型的木材防腐剂的工厂可以选择将粉碎的木材防腐剂与粘合剂混合应用。
术语“建筑材料”在此并不局限于木材建筑材料。该术语也应含盖例如绝缘材料(无论是泡沫聚苯乙烯(styrofoam)、发泡聚苯乙烯(expanded polystyrene)、氨基甲酸乙脂或玻璃纤维)、防护材料(无论是干壁(drywall)、糊墙纸板、胶合板或草纸板(straw board))以及蒸气屏障遮盖物等建筑材料。
本文中“包含”一词取其非限制性的含义，即包括但不限于。以“一种(一个)”所指代的要素并不排除存在多种(多个)要素的可能性，除非上下文中明确要求该要素仅为一种(一个)。
本领域人员能够理解对以上具体实施方式
的改良并未脱离如以下权利要求书所限定的精神和范围。
权利要求
1.用硼处理建筑材料的方法，包括以下步骤在该建筑材料的制造过程中将硼以水溶性硼酸铜复合物的形式导入。
2.根据权利要求1的方法所处理的建筑材料。
全文摘要
本发明提供了一种用硼处理建筑材料的方法以及经硼处理的建筑材料。该方法包含的步骤为以水溶性硼酸铜复合物的形式将硼导入建筑材料的制造过程中。该硼酸铜复合物使得可以应用更多范围的胶和粘合剂、减慢滤出、且能够提供增强的杀真菌性质。
文档编号E04C2/00GK1555450SQ02818209
公开日2004年12月15日 申请日期2002年9月16日 优先权日2001年9月17日
发明者韦斯利·詹姆斯·沃尔, 卡尔文·李·迈克尔·沃尔, 瑞安·乔治·斯马特, 李 迈克尔 沃尔, 乔治 斯马特, 韦斯利 詹姆斯 沃尔 申请人:詹尼克斯公司