[發明專利]利用超臨界稀有氣體使用防腐劑處理木材的方法

在審

• 申請號: 201180073923.4
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN103917344A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: W·B·卡爾森;G·D·費倫
• 申請（專利權）人: 英派爾科技開發有限公司
• 主分類號: B27K3/02
• 分類號: B27K3/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;解延雷

技術領域

本發明總體上涉及屬于木材防腐領域的方法和組合物。

背景技術

木材由葡萄糖構成，而葡萄糖是為生命提供養料的主要碳水化合物。植物可以通過聚合葡萄糖糖單元(聚(1,4-β-葡萄糖))以生成纖維素來產生木材。木材在如房屋、船只、建筑和家具等廣泛的應用中用作結構材料。木材由聚合的糖構成，是潛在的食物源并可由產生纖維素酶的活生物體消耗，纖維素酶是可使構成纖維素的1,4-β鍵斷裂的酶。因此，諸如昆蟲、細菌和真菌等以纖維素為食的生物體可以破壞木材的結構完整性。

經常使用溶劑或液體來將防腐劑引入木材中。諸如二氯甲烷或氟利昂(氯氟碳化物)等有機溶劑過去已用于將防腐劑引入木材中，因為它們很大程度上是不可燃的。然而，雖然氟利昂無毒，但其會耗盡臭氧層，如今已成為禁用材料。二氯甲烷具有較大毒性和環境問題。因此，這些溶劑正在逐步停止與木材防腐劑一起使用。較新的技術使用高壓下的水分散液來將木材防腐劑引入木材結構中。這是壓力處理木料的最常見防腐方法。但是，與防腐劑一同引入木材中的水的蒸發非常緩慢。在高壓引入防腐劑之后通常需要使木材完全干燥，因為木制品的尺寸會隨木材干燥改變。有時使用燒窯來加速干燥過程；但是，這會消耗極大量的能量，并會顯著增加碳排放量。

二氧化碳也已經用作將防腐劑引入木材中的溶劑。例如，美國專利第6,623,600號描述了利用超臨界二氧化碳作為溶劑而在高溫高壓下使用防腐劑浸漬木材的方法。然而，二氧化碳是強路易斯酸，并會攻擊如胺、羥基和硫醇等親核體。這些堿性部分用于許多木材防腐劑中，并且羥基可見于纖維素中，使得這些防腐劑與二氧化碳不相容，并導致纖維素自身容易破壞。

發明內容

本文所描述的組合物和方法涉及使用木材防腐劑處理木材基質的方法。

在一個方面中，本發明提供了木材基質的處理方法，所述方法包括：提供木材基質，和使木材基質與具有超臨界流體(supercritical?liquid)和至少一種木材防腐劑的混合物接觸。在一些實施方式中，超臨界流體包含重量百分比大于約1.5%的稀有氣體。在一些實施方式中，木材基質的接觸過程在足以保持超臨界流體的超臨界流體狀態的壓力下進行。

在另一方面中，本發明提供了一種組合物，所述組合物包含超臨界流體和至少一種木材防腐劑，其中所述超臨界流體包含至少一種稀有氣體，并且所述木材防腐劑包含金屬，所述金屬不是氧化物或氫氧化物。

在一些實施方式中，上述組合物處于壓力之下。在一些實施方式中，壓力為約2,270kPa～約60,000kPa。在一些實施方式中，上述方法包括使木材基質與超臨界流體和至少一種木材防腐劑的混合物在足以保持超臨界流體的超臨界流體狀態的壓力下進行接觸。在一些實施方式中，壓力為約6,000kPa～約15,000kPa。

在本文所公開的組合物和方法的一些實施方式中，稀有氣體為氖、氬、氪、氙或其組合。在一些實施方式中，稀有氣體為氬。

在本文所公開的組合物和方法的一些實施方式中，木材防腐劑以約0.1重量%～約20重量%存在于混合物中。在一些實施方式中，木材防腐劑以約1重量%～約5重量%存在于混合物中。

在本文所公開的方法的一些實施方式中，木材防腐劑滲透木材基質的表面，并分散在整個木材基質中。

在本文所公開的組合物和方法的一些實施方式中，木材防腐劑包含多個金屬顆粒。在一些實施方式中，金屬顆粒為銅顆粒、鋅顆粒或銀顆粒，或者其組合。在一些實施方式中，金屬顆粒具有約1nm～約1000nm的平均直徑；約20nm～約100nm的平均直徑；或約30nm的平均直徑。

在本文所公開的組合物和方法的一些實施方式中，木材防腐劑包含可溶于液體中的金屬化合物、砷化合物或硼化合物。在一些實施方式中，金屬化合物為鉻化砷酸銅、烷基銅銨、銅唑、硼酸鈉、硼酸銅、硼酸鋅、碳酸銅、碳酸鋅、木質素硫酸鐵或其組合。在一些實施方式中，木材防腐劑包括殼聚糖-銅絡合物、殼聚糖-鋅絡合物、二甲基二硫代氨基甲酸銅、乙醇胺銅或其組合。在一些實施方式中，木材防腐劑包括亞麻籽油、桐油、葵花籽油、菜籽油、石栗油或其組合。在一些實施方式中，木材防腐劑包含異噻唑啉酮化合物。在一些實施方式中，木材防腐劑包括對羥基苯甲酸酯(paraben)、萘、戊唑醇、丙環唑、環唑醇、氟硅菊酯、癸醛、碘代丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)、2-(硫氰基甲硫基)苯并噻唑(TCMTB)或其組合。

以上發明內容只是示例性的，并不意在以任何方式進行限制。除上述示例性性方面、實施方式和特征之外，其他方面、實施方式和特征通過參照以下附圖和具體實施方式將變得顯而易見。