專利名稱：超臨界木材防腐防水一體化技術(shù)和木材處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材加工的防腐防水一體化技術(shù)及所用設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的木材防腐技術(shù)只能單一解決木材防腐問題，對(duì)防腐劑的抗流失 問題只能依賴防腐劑本身與木材的結(jié)合能力來解決，而對(duì)木材防水問題只 能靠對(duì)木材進(jìn)行表面涂飾來解決。本發(fā)明采用防腐劑和防水劑同時(shí)浸注木 材的方法， 一體化解決了防腐與防水問題。
木材防腐劑有兩大類， 一為水溶性， 一為油溶性。水溶性防腐劑因其 使用狀態(tài)為水溶液，無易燃介質(zhì)存在，因此使用方便安全。但恰恰因其水 溶性，首先木材在進(jìn)行防腐處理后要進(jìn)行二次干燥，增加了加工成本。第 二是水溶性防腐劑在使用過程中存在流失問題。防腐劑流失就會(huì)對(duì)土壤造
成二次污染，如國(guó)內(nèi)外大量使用的CCA、 ACQ,國(guó)外早已對(duì)其污染性進(jìn) 行了研究，雖然尚未確認(rèn)對(duì)人畜的危害，但已確認(rèn)流失到土壤中的防腐劑 很難自然降解。第三，因?yàn)榇嬖诹魇栴}，為保證木材的防腐效果，就必 須加大防腐劑在木材中的留存量，有資料顯示，為此留存量將增加近10 倍，增加了成本。
油溶性防腐劑的優(yōu)勢(shì)在于，因其非水溶性，流失性大大降低，二次污 染減少，防腐劑材料成本降低。但是，油溶性防腐劑必須以有機(jī)溶劑才能 溶解，而有機(jī)溶劑都是易燃易爆品，大大提高了木材處理的設(shè)備和工藝成 本。
另夕卜，單一的防腐處理不能解決木材的防水問題，特別是在室外使用， 因雨淋和濕度變化，木材開裂變形很大，降低了使用品質(zhì)。國(guó)外從1990年前后開始有一些采用超臨界二氧化碳對(duì)木材浸注防腐 劑的專利申請(qǐng)，但未檢索出防腐防水一體化解決的方案。而且從公開資料 看，國(guó)內(nèi)外的有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究都是采用現(xiàn)有的超臨界萃取設(shè)備進(jìn)行的，沒有 對(duì)工業(yè)化專用設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)的報(bào)道。
一些常溫常壓下為氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)，當(dāng)其壓力和溫度達(dá)到 一個(gè)特定 值時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)特殊的性質(zhì)，比如二氧化碳，當(dāng)達(dá)到攝氏31度和7.31MPa 以上時(shí)，就進(jìn)入超臨界狀態(tài)。此時(shí)，無氣相液相之分，稱為超臨界流體， 其溶解能力大幅度提高，而滲透能力與氣體在同一數(shù)量級(jí)。超臨界萃取技 術(shù)主要就是利用流體在臨界點(diǎn)上下的溶解能力和滲透力的差異，從物料中 (如中草藥)在超臨界狀態(tài)溶出有效成分，然后在釋放罐中，將含溶質(zhì)的
流體降溫降壓到臨界點(diǎn)以下，溶質(zhì)析出，溶劑(即超臨界流體)被回收重 復(fù)使用。
采用超臨界二氧化碳作溶劑的好處是，滲透力強(qiáng)，可使木材的芯材也 得到處理，這是水溶性防腐劑無法達(dá)到的。第二個(gè)好處是二氧化碳在木材 中無殘留，本身無毒無害不燃，對(duì)臭氧層無破壞，又因其是天然存在的氣 體，也不增加溫室氣體排放。不同的流體有不同的臨界點(diǎn)，二氧化碳的臨 界點(diǎn)是31攝氏度和7.31Mpa壓力，氟立昂-13是攝氏29度和3.9MPa, 乙烯10攝氏度和5.16MPa，等等。
國(guó)外已有一些專利研究了不同的防腐劑以超臨界二氧化碳為介質(zhì)，在 超臨界狀態(tài)下使之浸入木材，然后降低壓力到臨界點(diǎn)以下，使油溶性防腐 劑析出在木材中的過程。
但所有這些專利都沒有防腐防水一體化解決方案，也沒有針對(duì)木材加 工提出專門的設(shè)備設(shè)計(jì)。因?yàn)槟静募庸I(yè)的特點(diǎn)是物料體量大，加工量大， 而超臨界萃取則屬于精細(xì)化工，物料呈粉末狀。超臨界浸注和超臨界萃取 完全是相反的過程。所以現(xiàn)有的超臨界萃取設(shè)備完全不適用于木材加工領(lǐng) 域，必須針對(duì)木材加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專用設(shè)備
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種木材防腐防水組合物，包括作 為溶劑的超臨界流體，防腐組分，以及防水組分。
根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)方面，提供了 一種使用以上木材防腐防水組合物對(duì) 木材進(jìn)行防腐防水一體化處理的方法。
本發(fā)明能夠同時(shí)對(duì)木材進(jìn)行防腐和防水處理，改善了處理效果，提高 了木材的使用品質(zhì)，同時(shí)降低了木材處理的設(shè)備和工藝成本。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的木材處理設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明根據(jù)有關(guān)的資料和相關(guān)實(shí)驗(yàn)確定化學(xué)組分、工藝流程、設(shè)備技 術(shù)方案如下。
一、化學(xué)組分
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種木材防腐防水組合物，該防腐防 水組合物包括作為溶劑的超臨界流體，防腐組分，以及防水組分。
其中，防腐劑優(yōu)選采用油溶性防腐劑如環(huán)烷酸銅等，種類很多。據(jù)已 有研究數(shù)據(jù)油溶性防腐劑在木材中只需留存5L/m3左右即可達(dá)到室外用材 的防腐要求，無重金屬，對(duì)人畜無害。
防水劑采用常溫下為固態(tài)的低聚度聚合物，比如低聚度聚乙烯等低聚 度烷烴或烯烴類。低聚度聚合物的穩(wěn)定性和安全性已久經(jīng)證明。
上述防腐劑和防水劑可以配以合適的增溶劑，如正己烷、氯仿等，在 超臨界二氧化碳中的溶解度可達(dá)5%以上。根據(jù)本公司用有機(jī)溶劑例如常 溫常壓下的液態(tài)烷烴作的實(shí)驗(yàn)證明，每立方米木材中留存約10公斤上述防 水物質(zhì)，木材的吸水率可降低70%。
本發(fā)明優(yōu)選使用二氧化碳為超臨界流體作溶劑，其工作狀態(tài)優(yōu)選為攝 氏60度以上和10MPa - 20MPa。本發(fā)明也可使用其他流體作為溶劑，例 如以下幾種氣體之一或其中兩種的混合物CHF3, CF4， N20，乙烷，乙烯，丙烷，丙烯，氟利昂等。
二、 工藝流程
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了 一種使用上述木材防腐防水組合物 對(duì)木材進(jìn)行防腐防水一體化處理的方法。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)以上說 明可以容易地實(shí)現(xiàn)該方法，例如將待處理木材和上述木材防腐防水組合物 置于壓力罐中，施加壓力和溫度到臨界點(diǎn)以上，以使溶劑達(dá)到超臨界狀態(tài)， 并保持足夠的時(shí)間使防腐劑和防水劑隨溶劑充分浸入木材，然后降低壓力 到臨界點(diǎn)以下，使防腐劑和防水劑析出在木材中，并回收溶劑以便再次利 用。
三、 設(shè)備
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種木材處理設(shè)備。該木材處理設(shè) 備可用于對(duì)木材進(jìn)行上述超臨界防腐防水一體化處理，也可用于對(duì)木材進(jìn) 行其他處理，例如超臨界防水處理或超臨界防腐處理。
圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的該木材處理設(shè)備的示意圖。如圖所
示，壓力罐1和2是工作罐，有可開閉法蘭蓋。壓縮機(jī)經(jīng)閥l與流體補(bǔ)充 罐相連。閥2和5與閥3和4的切換使壓縮機(jī)交替抽取壓力罐1 (2)到壓 力罐2(1)。閥6連通兩罐。罐1和2固定在可轉(zhuǎn)動(dòng)支架上，支架軸與兩 罐軸平行。
工藝①首先將木材和防腐劑、防水劑裝入罐1和2中，關(guān)閉法蘭蓋。 ②開啟閥1和4，啟動(dòng)壓縮機(jī)，將流體從補(bǔ)充罐壓入工作罐1。③達(dá)到 工藝確定的溫度、壓力、時(shí)間后，關(guān)閉閥1和4。
④ 轉(zhuǎn)動(dòng)支架，使壓力罐1處于壓力罐2的正上方，并開啟閥門6。
⑤ 罐1中的流體充分流到罐2內(nèi)后，關(guān)閉閥6，開啟閥2和5，啟動(dòng)壓 縮機(jī)，將殘余在罐1的木材中的流體抽出并壓縮進(jìn)罐2中。
⑥ 關(guān)閉閥2，開啟閥l,抽取補(bǔ)充罐中流體繼續(xù)壓入罐2。
⑦ 與上步驟同時(shí)將罐1泄壓至常壓，并開啟法蘭蓋，取出已處理木材，并裝入待處理木材。
重復(fù)② ⑦步驟，兩罐交替工作。
為節(jié)能，可釆用熱管技術(shù)包覆兩壓力罐的外表面，在其中一罐被抽取 時(shí)，用另一罐流體^t壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱量補(bǔ)充其流體氣化的吸熱。
所有閥門采用電動(dòng)閥門，每一罐體設(shè)置雙份安全閥、泄壓閥、壓力傳 感器。
本設(shè)計(jì)方案充分考慮木材加工的體量大，流量大，間歇式的特點(diǎn)，雙 罐交替作業(yè)則比單罐減少了流體膨脹壓縮的做功浪費(fèi)，工作罐兼有儲(chǔ)液罐 的功能，雖然兩個(gè)工作罐是交替工作，但從流體膨脹壓縮做功的角度看則 近似于連續(xù)工作。
權(quán)利要求
1.一種木材防腐防水組合物，包括作為溶劑的超臨界流體；防腐組分；以及防水組分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的木材防腐防水組合物，其中所述超臨界 流體為以下幾種氣體之一或其中兩種的混合物 C02，CHF3，CF4，N20，乙烷，乙烯，丙烷，丙烯，氟利昂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的木材防腐防水組合物，其中所述防腐組 分為油溶性木材防腐劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的木材防腐防水組合物，其中所述防腐組 分為環(huán)烷酸銅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的木材防腐防水組合物，其中所述防水組 分為常溫下為固態(tài)的低聚度高分子聚合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的木材防腐防水組合物，其中所述防水組 份為低聚度烷烴或烯烴類。
7. 根據(jù)權(quán)利要6的木材防腐防水組合物，其中所述低聚度烷 烴或烯烴類為蠟。
8. 根據(jù)權(quán)利要7的木材防腐防水組合物，其中所述蠟為低聚 度聚乙烯蠟。
9. 根據(jù)權(quán)利要1的木材防腐防水組合物，還包括增溶劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要9的木材防腐防水組合物，其中所述增溶劑為有機(jī)溶劑o
11. 根據(jù)權(quán)利要10的木材防腐防水組合物，其中所述有機(jī)溶 劑為常溫常壓下的液態(tài)烷烴。
12. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1-10的木材防腐防水組合物對(duì) 木材進(jìn)行防腐防水一體化處理的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種木材防腐防水組合物以及使用該木材防腐防水組合物對(duì)木材進(jìn)行防腐防水一體化處理的方法。該木材防腐防水組合物包括作為溶劑的超臨界流體；防腐組分；以及防水組分。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠同時(shí)對(duì)木材進(jìn)行防腐和防水處理，改善了處理效果，提高了木材的使用品質(zhì)，同時(shí)降低了木材處理的設(shè)備和工藝成本。
文檔編號(hào)B27K5/00GK101554742SQ20081010366
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者(請(qǐng)求不公開姓名) 申請(qǐng)人:北京輝杰森木業(yè)科技有限公司