專利名稱：處理木材的方法和組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的木材防腐方法，該方法通過合成并應用非毒性的、環(huán)境友好的含水組合物而進行，其與現(xiàn)有技術相比具有提高的有效性。
背景技術：
木材防腐是一種降低木材變質(zhì)速率的技術，這種木材變質(zhì)是由如下因素引起的1)真菌、昆蟲、海洋暴露的生物能因，2)損害性的陽光和3)火。木材防腐通常由化學處理來實現(xiàn)。木材防腐增加了木材的有用壽命并降低了頻繁更換的費用。適當設計的木材結構能提供長期服務而不需要特別保護，但當木材以其自然狀態(tài)而在高溫下、在暴露于鹽水的結構中、或在有利于有害真菌和昆蟲生長的氣候條件下應用時，可能造大的經(jīng)濟損失。
現(xiàn)今通用的木材防腐劑為油，包括耐油性和耐水性化學品。所述油廣泛用于戶外應用。它們在水中無味，但它們會引起著色和上漆困難。煤焦雜酚油本身或在5％的五氯酚石油溶液中被用于處理產(chǎn)品如枕木(ties)、桅桿(posts)、柱子(poles)、木樁(pilings)和建筑木材。另一種常用的處理溶液為水基的，并且含有銅、鉻和砷鹽(CCA)。
但是，現(xiàn)今使用的木材防腐劑具有幾個缺點。由于其對植物、人類和動物均有明顯的毒性，雜酚油和CCA對環(huán)境都有很大的危害。即使針對環(huán)境毒性的責任，這些現(xiàn)行的木材防腐方法對美國的天文問題是完全無效的。TIME雜志引述了一個故事“來自地獄的白蟻”?！巴洑⑹置鄯銯ormoson白蟻是真正的威脅。它們正在吃掉南部美國-并且沒有人知道如何阻止它們”。Formoson白蟻是一種原產(chǎn)東亞的地下白蟻。其在第II次世界大戰(zhàn)后被首次引入美國大陸。據(jù)信其由軍用貨船上的厚木板或包裝柳條箱而從遠東港口帶入的。一般的國內(nèi)白蟻群體每年吃掉7磅木材。Formoson白蟻群體每年將吃掉1,000磅木材。它們每年在整個美國總共造成10-20億美元的損失、修理和控制費用，并且在受災最重的城市New Orleans，Louisiana有每年約3億5000萬美元的損失。
很明顯應該開發(fā)能夠驅(qū)逐Formoson白蟻的有效的低環(huán)境毒性的木材防腐劑。本發(fā)明滿足這一需求，同時具有更多的優(yōu)點，這些優(yōu)點在進一步閱讀本申請后將會很明顯。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是降低木材變質(zhì)速率的方法。這種方法包括使木材與含水混合物接觸足夠時間，從而用混合物浸漬至少部分木材，所述混合物包括堿性的含硅鹽的膠體組合物，并且所述組合物具有結合在其中的硼離子。所述木材可以通過在密閉容器中在高于大氣壓的壓力下在含水混合物中浸漬木材而進行接觸，或者可以將所述混合物噴涂或刷涂到木材上。干燥后，所述木材則能夠耐受腐蝕、昆蟲和其它環(huán)境侵擾。
本發(fā)明的另一個方面是一種制品，該制品包括用含硅鹽、含硼鹽、以及任選的鹵化鋁浸漬的木材。通常含硅鹽在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w，含硼鹽在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w。如果存在的話，鋁鹽的存在量將低于約1％w/w。
本發(fā)明的另一個方面是一種膠體組合物，所述組合物包括水、堿金屬氫氧化物、含硅鹽、含硼鹽、任選的鹵化鋁、以及任選的防腐劑，其中所述堿金屬氫氧化物的量足以使水的pH值至少為10。
本發(fā)明的另一個方面是一種制備適合于降低木材變質(zhì)速率的組合物的方法。這種方法包括使含硼鹽與堿金屬硅酸鹽在pH值至少為10的條件下混合，任選加入鹵化鋁和防腐劑，并且混合從而形成均勻的膠體組合物，其被含硼鹽過飽和。
附圖的簡要描述為了進一步理解本發(fā)明的性質(zhì)、目的和優(yōu)點，應該參照如下詳細描述，并結合附圖進行閱讀，其中類似的參照標記代表類似的元件，并且其中

圖1表示的是據(jù)信在帶有步長梯度磁場的介電體發(fā)生器中聚合物的形成過程，所述聚合物包括K+離子或核子，并且利用K+離子通過硼離子和水的多價螯合所穩(wěn)定。
圖2表示的是由標準活化技術制得的典型膠體顆粒上所結合的水。
圖3為用于制備本發(fā)明組合物的介電體發(fā)生器的示意圖。
圖4為圖3的介電體發(fā)生器的示意圖，給出了三個磁性四極助推器發(fā)生器和其它改進。
圖5表示的是帶有通量場和梯度的磁性四極發(fā)生器的詳細示意圖。
圖6表示的是在本發(fā)明的組合物中被二氧化硅膠體多價螯合的硼離子。
圖7表示的是本發(fā)明的用于處理各種木材產(chǎn)品的壓力處理設備。
發(fā)明的詳細描述當用于結構物如房屋、甲板、柵欄、海底木樁、公用電線桿、鐵路枕木等時，由于環(huán)境侵擾的多樣性，木材傾向于隨時間而發(fā)生變質(zhì)。本發(fā)明的一個方面是降低木材變質(zhì)速率的一種方法。這種方法包括使木材與含硅鹽的含水堿性膠體組合物接觸足夠時間從而用混合物浸漬至少部分木材，所述組合物具有結合在其中的硼離子。木材優(yōu)選通過在高于大氣壓的壓力下在含水混合物中浸漬木材一段時間而接觸，其時間足以確保至少部分含硅鹽和含硼鹽沉積在被處理的木材上或其中。該方法在約125psi至約175psi的壓力下進行，并且溫度可以為環(huán)境溫度或升高的溫度。將所述壓力保持一段時間，該時間足以使大部分木材被浸漬，例如約30分鐘至約2小時。所述木材可以用含水硅酸鈣進行共處理從而改進效果。
在優(yōu)選的高壓處理中，保持壓力一段時間從而浸漬木材的整個結構，其中所述時間取決于所要處理的木材的數(shù)量、孔隙率及長度。當木材已經(jīng)用組合物浸漬后，使木材不再與含水組合物接觸，并且干燥，從而提供其中沉積有含硅鹽和含硼鹽的產(chǎn)品。干燥可以在環(huán)境或升高的溫度和壓力下進行。如果木材是壓力處理且在環(huán)境條件下干燥的，則干燥可能花30天或更長時間?？雌饋戆凑毡景l(fā)明利用壓力處理木材，含硅鹽和含硼鹽在整個木材中沉積，致使其重量增加相對于未處理木材來說可以為20％-70％的增加量。據(jù)認為膠體組合物可能通過毛細管作用而被吸入到木材中，并且鹽沉積在木材的整個纖維結構中。所述重量增加將取決于溫度、壓力、木材的孔隙率、木材的尺寸、膠體組合物等。
本方法應用一種堿性的膠體組合物進行，所述組合物包括水、含硅鹽、含硼鹽、以及任選的鹵化鋁，其中水利用堿金屬氧氫化物達到堿性pH值至少約為10。組合物的細節(jié)將在下文中討論。
雖然本發(fā)明的方法特別適用于將木材浸在含水組合物內(nèi)，也可以通過在環(huán)境壓力和溫度下將含水組合物施用到木材表面上而接觸并使其干燥，從而使木材被浸漬。這種施用可以通過刷涂、將組合物倒到木材表面上、將組合物噴涂到木材表面上等而實現(xiàn)。施用組合物以后，使木材干燥一段時間從而確保在木材表面的浸漬完成。
本發(fā)明的另一個方面是一種制品，該制品包括用含硅鹽、含硼鹽、以及任選的鹵化鋁浸漬的木材。在所述制品中，含硅鹽在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w，含硼鹽(例如金屬硼酸鹽或硼酸)在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w，鹵化鋁的存在量至多約1％w/w。本發(fā)明的制品(通過壓力處理制備)的干重比相同的未處理木材高20％至約70％。如果該制品通過刷涂或噴涂制備，則浸漬主要發(fā)生在表面，并且重量增加較少，即不高于10％。最終的增加將取決于前面所討論的多種因素。
本發(fā)明的另一個方面是一種膠體組合物，所述組合物包括水、堿金屬氫氧化物、含硅鹽、含硼鹽、任選的鹵化鋁、以及任選的防腐劑，其中所述堿金屬氫氧化物的量足以使水的pH值至少為10。含硅鹽優(yōu)選為二氧化硅或硅酸鈉，含硼鹽為硼砂或硼酸。所述組合物為堿金屬氫氧化物和含硅鹽的組合，所述含硅鹽優(yōu)選為膠體溶液(或懸浮液)、堿金屬硅酸鹽如硅酸鈉或硅酸鉀、或溶解在堿金屬氫氧化物水溶液中的二氧化硅。所述組合物將為含水膠體懸浮液。有關膠體二氧化硅性質(zhì)的有用描述可以在Ralph K.Iler，John Wiley & Sons，N.Y.(1979)的“二氧化硅化學(The Chemistry of Silica)”中找到。堿金屬氫氧化物優(yōu)選為氫氧化鈉或氫氧化鉀，特別優(yōu)選為后者。這兩者的混合物也是有用的。含硅鹽的存在量通常為約2％w/v至約20％w/v，至少為約4％w/v，含硼鹽(例如硼砂)的存在量為約2％w/v至約20％w/v。所述組合物可以包括以穩(wěn)定量存在的防腐劑如檸檬酸三鉀、以及存在量至多約1.0％w/v的鹵化鋁如三氯化鋁或三氟化鋁。膠體顆粒通常會顯示出高的ζ電勢，即約-45至-75mV。
制備本發(fā)明的組合物的方法包括(a)使含硼鹽與pH值至少為約10的含硅鹽的堿金屬膠體組合物混合，(b)任選加入鹵化鋁和防腐劑，和(c)混合從而形成均勻的膠體組合物，其用含硼鹽過飽和。
在自然界中最豐富的含硅鹽為硅石，亦稱為二氧化硅(SiO2)。其以自由態(tài)形式(例如沙子)或與其它氧化物混合以硅酸鹽形式占地殼物質(zhì)的近60％。當被人類少量攝入時(作為SiO2或硅酸鹽)，尚未發(fā)現(xiàn)二氧化硅具有任何明顯的毒性，并且在美國大多數(shù)公用水系統(tǒng)中的飲用水中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)。用于本發(fā)明的優(yōu)選組合物是堿性的含水二氧化硅膠體組合物，其可以被稱為溶液或膠體懸浮液。
所述含水組合物可以通過在高堿性水中溶解顆粒狀的二氧化硅而制備，而所述高堿性水通過在水中溶解強堿從而提供堿性(即pH值高于7，優(yōu)選至少為10)的含水溶液而制備。所述強堿通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀，并且優(yōu)選為后者。通常應用至少為3的摩爾量來制備堿溶液，并且通常要求不超過4摩爾。由于二氧化硅的溶解度(其形成穩(wěn)定膠體組合物的能力)隨溫度升高而增加，因此優(yōu)選的是加熱堿性溶液至高于環(huán)境溫度，高達且包括溶液的沸點。雖然在此之上的溫度也可以應用，但由于需要加壓容器，所以這通常不是優(yōu)選的。當在用氫氧化鈉形成堿性的水中溶解二氧化硅時，據(jù)認為形成了硅酸鈉溶液。當改變鈉和二氧化硅之間的比時，組合物及其密度均會變化。Na2O與SiO2的比越大，則堿性越強且溶液越稠。另外，通過在水中溶解固體硅酸鈉也可以達到相同目的?？缮藤彽拇蠖鄶?shù)含水硅酸鈉膠體組合物為約20％至約50％w/v。一種公知的溶液被稱為“蛋保存劑”，其可以按本方法制備，并且經(jīng)計算含有約40wt％的Na2Si3O7(一種通常可獲得的干態(tài)硅酸鈉)。標準的商購硅酸鈉為含有27％w/v硅酸鈉的物質(zhì)。
盡管不希望受任何特定的理論所束縛，但據(jù)信該溶解化學可以大致用下式來表示
這一點在前文提到的Iler的書中進行了進一步討論。
在制備了膠體堿性二氧化硅組合物之后，則向混合物中加入含硼鹽如硼酸或金屬硼酸鹽即硼砂，優(yōu)選以精細粉碎的粉末形式加入。據(jù)認為含硼鹽的加入有助于形成具有結合于膠體結構中的硼離子的穩(wěn)定的膠體組合物。另外，也可以加入鹵化鋁和防腐劑。B+++離子源、防腐劑如檸檬酸三鉀和鹵化鋁的加入可能導致Si(OH)4聚合，如下所示
據(jù)認為這會形成如圖1所示的膠體顆粒，其中B+++離子被多價螯合。應該注意的是在圖1中所應用的堿除TPC外可以為氫氧化鉀，其提供K+離子。據(jù)認為該組合物的膠體比已知的膠體體系更緊密地結合并且具有更多的分支。另外認為圖2是在典型的二氧化硅膠體顆粒上發(fā)現(xiàn)的典型的雙層水的代表。
在本方法中，含硼鹽優(yōu)選為硼砂即硼酸鈉，也被稱為重硼酸鈉和其它名字，其通式為Na2B4O7。通常發(fā)現(xiàn)的是十水合物的形式。
在制備了本發(fā)明的含水組合物之后，其優(yōu)選進行進一步處理從而提供硼鹽的過飽和溶液。優(yōu)選對組合物進行處理從而增加顆粒上的靜電。在本發(fā)明組合物的制備過程中，重要的是保持溫度高于環(huán)境溫度從而保持鹽的溶解度。當組合物通過介電體發(fā)生器而獲得較高的ζ電勢之后，則組合物變得穩(wěn)定。這一過程通過應用圖3和4中所示的發(fā)生器來完成。進一步的細節(jié)可以在Holcomb于2000年12月26日申請、并于2001年10月4日作為US2001/0027219公開的美國專利申請No.09/749,243、以及Holcomb的于1996年7月16日授權的US5,537,363中找到，其公開內(nèi)容在這里全文作為參照引入。在這些公開物及本申請中，尺寸和體積只用于描述而非限制。發(fā)生器的功能是使泵(1)抽取裝在容器設備(3)中的本發(fā)明組合物(5)，并使其流過管道(2)并通過泵(1)。泵(1)產(chǎn)生一個速度，該速度取決于泵和管道的尺寸。該速度可以為每分鐘1-100加侖(gpm)。在較小的系統(tǒng)中可以看到約4-10gpm的流量和20psi的壓力。流體在前述壓力和速度下流過管道(6)并進入管道設備(7)中。流體流過管道設備(7)并通過孔8流出進入管道設備(13)，然后流體沿相反的方向流動，然后通過孔(9)流出，并改變方向再次通過管道設備(14)。流體通過孔(10)流出管道設備(14)進入管道設備(15)，這股流體進入室(11)中，適當通過管道(12)流出發(fā)生器，并通過管道(4a)和(4b)被輸送回到容器設備(5)中。
圖4描述了發(fā)生器的磁性助推器裝置以及“下線”化學混合容器設備(22)的功能和位置。高速延伸流過本發(fā)明的逆流設備將會產(chǎn)生本發(fā)明的膠體，這是由于逆流充電效果產(chǎn)生多重雙向磁場，而當在逆流過程中移動的帶電膠體顆粒相鄰移動時，所述多重雙向磁場將在其上產(chǎn)生靜電荷。如果添加圖4的磁性助推器裝置，則靜電荷在膠體上的累積更加迅速。當圖4的設備處于完全操作狀態(tài)時，管道(4a)的閥(17)關閉，管道(18)的閥(16)打開，同時管道(19)的閥(20)打開。流體通過管道(4b)進入管道(18)并進入容器設備(22)，在容器設備中可以由化學品進料器(29)加入化學品，而該化學品進料器通過管道(30)和(31)裝料?；瘜W品容器設備(22)用電加熱器(21)加熱并通過軸(24)用槳葉(23)攪拌，其中電加熱器由線圈(25)供電，而軸(24)用滑輪(26)旋轉(zhuǎn)，滑轉(zhuǎn)(26)通過滑輪(27)上的傳輸帶(33)拉動，而滑輪(27)由電機(28)驅(qū)動。溶有化學品的加熱流體通過泵(32)經(jīng)管道(19)泵送進入管道(4)并返回至容器設備(5)。
正如由圖5可以看到的，在z軸的管線內(nèi)存在有多重梯度，這些梯度也存在于x和y軸上。當發(fā)生器持續(xù)處理物料時，多重梯度的作用是使靜電荷在顆粒上累積。圖5的上部描述了圖4所示的同軸管道的橫截面俯視圖。正如由圖5可以看到的，磁性助推器裝置(例如裝置A)包括多個磁體(如電磁體)。這里給出了四個磁體，這四個磁體按平面排列并且在該平面中形成四邊形(例如長方形或正方形)的頂點。相鄰磁體的磁極取向相反，如圖5中所示由“+”“-”符號表示。正如圖5的下部所示，四個磁體的這種排列使磁場在z軸上產(chǎn)生多重梯度(即圖5的上部所示沿著延伸出平面的軸的磁場分量)。這里給出的是磁場在z軸上沿線A-A’的測量值，而該A-A’線被移位至磁體平面上方約一英寸處。磁場在x軸和y軸(即磁場沿線A-A’和B-B’的分量)也可以存在梯度。當發(fā)生器持續(xù)處理含水組合物時，這些多重梯度致使在二氧化硅膠體顆粒上能夠累積大量靜電荷。通過用圖4所示的發(fā)生器處理含水組合物，可以產(chǎn)生粒度范圍為約1μm至約200μm的二氧化硅膠體顆粒，通常范圍為約1μm至約150μm或約1μm至約110μm。二氧化硅膠體顆粒可以具有范圍為約-5毫伏(mV)至約-75mV的ζ電勢，并且通常范圍為約-30mV至約-40至-75mV。作為本領域的普通技術人員都會理解，ζ電勢代表膠體顆粒所顯示出的靜電，并且數(shù)值較大的ζ電勢通常對應于更為穩(wěn)定的膠體體系(例如顆粒間相互排斥的結果)。
實施例1該實施例描述了制備本發(fā)明的代表性組合物的方法。
組合物的詳細制備可以通過參照圖5而被具體化。向容器設備(5)中加入起始溶液。該溶液含有1,846.2ml 26.0％的硅酸鈉以及足夠量的水，從而使其體積為6,500ml。當閥(16)和閥(20)關閉但閥(17)打開時，溶液通過發(fā)生器循環(huán)。向運行的發(fā)生器內(nèi)的溶液中慢慢加入500克KOH顆粒。組合物在60℃下循環(huán)30分鐘。通過打開閥(16)并關閉閥(17)而使2升溶液流入容器(22)中。當2升已經(jīng)流入容器設備(22)后，打開閥(20)，并且通過化學加料器(29)向容器設備(22)內(nèi)的溶液中慢慢加入800克擰檬酸三鉀，并且用槳葉(23)和桿(24)攪拌直到其溶解。通過化學加料器(29)向溶液中加入1000克硼砂(四硼酸鈉十水合物)。硼砂通過用軸(24)上的槳葉(21)攪拌而溶解。發(fā)生器運行1小時。第二次加入1000克硼砂并且循環(huán)直到其溶解。將溫度保持在60℃。發(fā)生器運行1小時，并第三次加入1000克硼砂，攪拌且循環(huán)直到其溶解。加入10克AlF3，并通過發(fā)生器運行1小時至最終pH值為10.8。通過關閉閥(16)、打開閥(17)、并且通過泵(32)泵送溶液流出容器設備(22)通過管道(4)進入容器設備(5)而將組合物裝瓶。
實施例2該實施例描述本發(fā)明用于壓力處理木材的方法。參照圖8，待處理的木料(56)被放置在壓力室(54)中并用門(55)密封。閥(58)和(64)關閉。打開閥(68)并通過電力管線(19b)驅(qū)動真空泵(67)。在該系統(tǒng)的一種實施方案中，真空泵(67)為26英寸的真空泵。但該真空泵可以為任意尺寸的真空泵，例如30英寸的真空泵。
真空泵(67)對室(54)抽氣從而除去在木材纖維內(nèi)所含的氣體。真空由木材的端部除去氣體。因此，在室(54)內(nèi)需要保持真空的時間量取決于待處理木材的量、類型及長度。例如，對于少量木材來說，真空可能要保持15分鐘，而對大量木材或長木料來說，真空可能要保持45分鐘。然后打開閥(58)，由容器設備(62)和/或貯罐設備(66)吸取本發(fā)明的組合物(例如6％的SiO2和硼離子為8％的含硼鹽)進入室(54)中，并隨后進入木材中。所述組合物從貯罐設備(66)通過管道(65)運輸至容器設備(62)中。所述組合物從容器設備(62)通過管道(57)和(60)運輸至室(54)中。在進入室(54)之前，所述組合物可以通過鍋爐(59)。鍋爐(69)為任何類型的加熱元件，使組合物在系統(tǒng)中循環(huán)時其溫度得到保持。
在另一種實施方案中，在使組合物進入處理室之前，使SILENE_(硅酸鈣)以較低的SILENE濃度(例如1.5％)與水混合，并用SILENE組合物和本發(fā)明的組合物對木材進行處理。
當室(54)已經(jīng)注入了防腐劑并且木材已經(jīng)浸在防腐劑中后，則系統(tǒng)經(jīng)受壓力階段。
在本方法的一種實施方案中，向系統(tǒng)施用液體壓力。在該實施方案中，抽真空，關閉閥(68)，打開閥(58)，并開啟液壓泵(P)。當室內(nèi)充滿來自容器設備(62)通過管道(60)、鍋爐(59)和管道(57)(管道(57)可以朝室的開口端移動)的液體時，泵(P)將繼續(xù)運行，閥(64)部分打開。這種部分限制將保持罐內(nèi)的壓力，并仍然允許循環(huán)。整個系統(tǒng)可能配備有pH和TDS(總?cè)茺}量)傳感器，從而可以按需加入補充溶液。整個系統(tǒng)可以由計算機控制。
在一種實施方案中，將液體壓力保持在約150磅每平方英寸，并且溫度在約140°F下保持30分鐘至2小時的時間。但在另一種實施方案中，可以應用其它壓力、其它溫度以及其它時間。
在該系統(tǒng)的另一種實施方案中，向系統(tǒng)施用氣體壓力。在該實施方案中，系統(tǒng)利用壓力泵(P)循環(huán)。由CO2容器(51)通過管道(53)和閥(69)向木材室(54)施加壓力。在高pH值下為小顆粒膠體的組合物通過CO2被部分轉(zhuǎn)化成凝膠。據(jù)認為這一點降低了木材表面的pH值。向系統(tǒng)的任何位置施加壓力約30分鐘至約2小時。向系統(tǒng)施加壓力的時間量取決于待處理木材的數(shù)量、類型及長度。
壓力階段完成后，則將室排凈。然后將處理后的木材從室(54)移出，并使其干燥約30天的時間。
為了更好地滲透，可以改變組合物的通式。硼酸可以由硼砂(四硼酸鈉十水合物)代替，如果應用硼酸，則其重量比硼砂多1.22倍。
實施例3設計本發(fā)明的這種組合物用來涂覆或噴涂甲板或木材。
1.向5,300ml蒸餾水中加入1200ml 4M的HCl，并放入發(fā)生器中。
2.向容池中慢慢加入800mg檸檬酸三鉀溶液。循環(huán)30分鐘。
3.在1846.2ml 26％的硅酸鈉中溶解1000克硼砂(四硼酸鈉十水合物)。按需加入500g KOH并溶解，并加入200g NaOH。加熱至200°F從而溶解。
4.在1小時的時間內(nèi)向發(fā)生器中慢慢加入一部分硼砂/硅酸鈉溶液使pH值為7.6，并加入10克AlF3。在46.3℃下繼續(xù)加入硼砂/硅酸鈉直到pH值達到10.76。
5.在pH值為11.33、T為22.2℃且一直攪拌的條件下，向容器中加入1000ml上述溶液。用HCl 1∶3(應用150ml HCl×150ml)滴定，并且向4升現(xiàn)在的溶液(實施例2)中慢慢加入4升上述壓力處理溶液，并且攪拌。該種溶液是透明的并且能很好地滲入木材。
實施例4在該實施例中，本發(fā)明的上述組合物(實施例3)與木材填孔劑(sealer)混合。在一種實施方案中，木材填孔劑亦為與無水醇混合的10％的活性Silene(硅酸鈣)共混物。向甲板施用組合物(來自實施例3)的噴涂液，并使其干燥3-4小時。然后向甲板上施用木材填孔劑。通過與二氧化硅反應，木材填孔劑與甲板處理液發(fā)生化學反應。所得到的是用防水填孔劑處理后的木材。
實施例5本發(fā)明的另一種實施方案通過合成21％硼砂和21％SiO2的飽和溶液而使過程完美。所述溶液是非常粘的。將其加熱并與任何類型的纖維混合，并用熱滾壓機干燥從而制得一種非常強且耐火的建筑材料板。用本發(fā)明處理的所有產(chǎn)品都是耐火性的。
實施例6按本發(fā)明壓力處理南方黃松的2”×4”木板和相同尺寸的白橡木板。即時增重及1個月后的增重是按比例的。
即時增重1個月后的增重松木 44.8％ 22.5％橡木 34.4％ 22.25％實施例7在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以用于噴涂木質(zhì)甲板的組合物。該組合物可以應用如下過程制備。
A.制備溶液A1)在無機聚合物介電體發(fā)生器中(參見美國專利申請09/749,243，于2000年12月26日申請)向1905.085升水中加入431.340升4N的HCl，并且循環(huán)30分鐘。
2)向發(fā)生器容池中慢慢加入287.560Kg檸檬酸三鉀，并且循環(huán)30分鐘。
3)在995.425升27％的NaSiO4中溶解202.185Kg硼砂。向溶液中加入101.095Kg KOH從而溶解硼砂。加入38Kg NaOH并加熱溶液至220°F。在所有硼砂都溶解之后，則再加入兩份202.185Kg硼砂，一次一份，從而溶解總量為606.455Kg的硼砂。
4)在0.5小時內(nèi)向發(fā)生器中慢慢加入硼砂/硅酸鈉溶液。
5)向發(fā)生器容池中慢慢加入3.594Kg AlF3，并循環(huán)1小時。
B.制備溶液B1)向足夠水中加入673.491升27wt％的硅酸鈉NaSiO4，從而得到2,556.680升溶液。
2)慢慢加入394.72Kg KOH小球。
3)按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4)從發(fā)生器容器中抽出789.44升。輸送至200°F下的熱罐中。攪拌222.03Kg NaOH小球，繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5)返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6)從發(fā)生器容器中抽出1184.2升，輸送至200°F下的熱罐中。加入18.872 NaOH小球，慢慢溶解333.056Kg硼酸并攪拌。加入57Kg NaOH小球，并且攪拌直到溶液透明。
7)向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8)循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9)從發(fā)生器容器中抽出1200升，輸送至200°F下的熱罐中。加入38.25 NaOH小球，并慢慢溶解263.25Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10)將1200升上述#9的溶液返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11)從發(fā)生器容器中抽出600升，并溶解3.947Kg AlF3，并向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而達到3000升。循環(huán)30分鐘，并裝入容器中。
C.制備最終產(chǎn)品1)向發(fā)生器中加入1500升溶液B，并在15分鐘內(nèi)慢慢滴定1500升溶液A，并運行15分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約6wt％的二氧化硅(可能為硅酸鈉)，以及按已知重量/體積計存在量為約4.5wt％的硼砂(為硼離子)。應用該過程生產(chǎn)的組合物的pH值約為10。
實施例8在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以用于噴涂木質(zhì)甲板的組合物，其中所述甲板已經(jīng)用CCA進行了處理。該組合物可以應用如下過程制備。
A.制備溶液A1).在無機聚合物介電體發(fā)生器中向1905.085升水中加入431.34升4N的HCl，并且循環(huán)30分鐘。
2).向發(fā)生器容池中慢慢加入287.560Kg檸檬酸三鉀，并且循環(huán)30分鐘。
3).在1659.042升27％的NaSiO4中溶解89.860Kg硼砂。向溶液中加入44.931Kg KOH從而溶解硼砂。加入16.888Kg NaOH并加熱溶液至200°F。向溶液中再分別加入另兩份89.860Kg硼砂，并分別溶解每一份。
4).在0.5小時內(nèi)向發(fā)生器中慢慢加入硼砂/硅酸鈉溶液。
5).向發(fā)生器容池中慢慢加入3.594Kg AlF3，并循環(huán)1小時。
B.制備溶液B1).向足夠水中加入1122.484升27wt％的NaSiO4從而得到2,556.680升溶液。
2).慢慢加入175.431Kg KOH小球。
3).按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4).從發(fā)生器容器中抽出789.44升，輸送至200°F下的熱罐中。攪拌98.679Kg硼酸和33.353Kg NaOH小球，繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5).返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6).從發(fā)生器容器中抽出1184.2升，輸送至200°F下的熱罐中。加入8.379Kg NaOH小球，慢慢溶解147.877Kg硼酸，攪拌并加入25.308Kg NaOH小球。攪拌直到溶液透明。
7).向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8).循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9).從發(fā)生器容器中抽出1200升，輸送至200°F下的熱罐中。加入16.983Kg NaOH小球，并慢慢溶解196.83Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10).將1200升上述#9返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11).從發(fā)生器容器中抽出600升，并溶解3.947Kg AlF3，并向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而使溶液為3000升。循環(huán)30分鐘。
C.制備最終產(chǎn)品1).向發(fā)生器中加入1500升溶液B，并在15分鐘內(nèi)慢慢滴定1500升溶液A，并運行15分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約10wt％的二氧化硅，以及按已知重量/體積計存在量為約2wt％的硼酸根離子。應用該過程生產(chǎn)的組合物的pH值為約10.4至約10.6。
實施例9在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以用于壓力處理木材的組合物。該組合物使木材具有白蟻耐受性。該組合物可以應用如下過程制備。
1).向足夠水中加入897.988升27wt％的NaSiO4從而得到2,556.68升溶液。
2).在攪拌條件下慢慢加入197.360Kg KOH小球。
3).按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4).從發(fā)生器容器中抽出592.1升，輸送至200°F下的熱罐中。在197.360Kg硼酸和66.708Kg NaOH小球中攪拌，繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5).返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6).從發(fā)生器容器中抽出592.1升，輸送至200°F下的熱罐中。加入16.776Kg NaOH小球，并慢慢溶解296.05Kg硼酸。攪拌并加入50.00Kg NaOH小球或直到溶液透明。
7).向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8).循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9).從發(fā)生器容器中抽出600升，輸送至200°F下的熱罐中。加入34Kg NaOH小球，并慢慢溶解234Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10).將600升上述#9返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11).從發(fā)生器容器中抽出600升，并溶解3.947Kg AlF3，并且如果需要的話，向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而達到3000升。循環(huán)30分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約8wt％的二氧化硅，以及按已知重量/體積計存在量為約4wt％的硼酸根離子。應用該過程生產(chǎn)的組合物的pH值約為10.5至約11.5。
實施例10在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以用于壓力處理公用枕木如鐵路枕木和結構木料以及在海水環(huán)境中應用的柵欄桿等的組合物。該組合物可以應用如下過程制備。
1).向足夠水中加入1,122.485升27wt％的NaSiO4從而得到2,556.68升溶液。
2).在攪拌條件下慢慢加入394.72Kg KOH小球。
3).按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4).從發(fā)生器容器中抽出986.6升。輸送至200°F下的熱罐中。在493.4Kg硼酸和166.77Kg NaOH小球中攪拌。繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5).返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6).從發(fā)生器容器中抽出1,480.25升，輸送至200°F下的熱罐中。加入41.9375Kg NaOH小球，并慢慢溶解740.125Kg硼酸。攪拌并加入125.00Kg NaOH小球或直到溶液透明。
7).向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8).循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9).從發(fā)生器容器中抽出1500升，輸送至200°F下的熱罐中。加入85Kg NaOH小球，并慢慢溶解585.0Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10).將1500升上述#9返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11).從發(fā)生器容器中抽出1000升，并溶解3.947Kg AlF3，并且如果需要的話，向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而使溶液為3000升，并循環(huán)30分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約10wt％的二氧化硅，以及按已知重量/體積計存在量為約10wt％的硼酸根離子。應用這種方法產(chǎn)生的組合物的pH值為約10.5或更高。
實施例11在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以用于壓力處理木材的組合物。該組合物使木材具有強的白蟻屏障。該組合物可以應用如下過程制備。
1).向足夠水中加入897.988升27wt％的NaSiO4從而得到2,556.68升溶液。
2).在攪拌條件下慢慢加入394.72Kg KOH小球。
3).按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4).從發(fā)生器容器中抽出789.44升。輸送至200°F下的熱罐中。在394.72Kg硼酸和133.416Kg NaOH小球中攪拌，繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5).返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6).從發(fā)生器容器中抽出1184.2升，輸送至200°F下的熱罐中。加入33.55Kg NaOH小球，并慢慢溶解592.10Kg硼酸。攪拌并加入100.00Kg NaOH小球或直到溶液透明。
7).向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8).循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9).從發(fā)生器容器中抽出1200升，輸送至200°F下的熱罐中。加入68Kg NaOH小球，并慢慢溶解468.00Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10).將1200升上述#9返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11).從發(fā)生器容器中抽出600升，并溶解3.947Kg AlF3，并且如果需要的話，向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而使溶液為3000升。循環(huán)30分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約8wt％的二氧化硅，以及按已知重量/體積計存在量為約8wt％的硼酸根離子。應用該過程生產(chǎn)的組合物的pH值約為10.5或更高。
實施例12在本發(fā)明的該實施例中，制備了一種可以噴涂到木材上從而保護木材不受白蟻破壞的組合物。該組合物可以應用如下過程制備。
A.制備溶液A1)在無機聚合物介電體發(fā)生器中向1905.085升水中加入431.340升4N的HCl，并且循環(huán)30分鐘。
2)向發(fā)生器容池中慢慢加入287.560Kg檸檬酸三鉀，并且循環(huán)30分鐘。
3)分三次在663.617升27％的NaSiO4中溶解359.44Kg硼砂。向溶液中加入179.725Kg KOH從而溶解硼砂。加入71.890Kg NaOH并加熱溶液至200°F。
4)在0.5小時內(nèi)向發(fā)生器中慢慢加入硼砂/硅酸鈉溶液。
5)向發(fā)生器容池中慢慢加入3.594Kg AlF3，并循環(huán)1小時。
B.制備溶液B1)向足夠量水中加入448.994升27wt％的NaSiO4從而得到2,556.68升溶液。
2)慢慢加入394.72Kg KOH小球。
3)按上文所述在介電體發(fā)生器中循環(huán)30分鐘。
4)從發(fā)生器容器中抽出789.44升。輸送至200°F下的熱罐中。在394.72Kg硼酸和133.416Kg NaOH小球中攪拌，繼續(xù)加熱并攪拌直到溶液透明。
5)返回至發(fā)生器并循環(huán)30分鐘。
6)從發(fā)生器容器中抽出1184.2升，輸送至200°F下的熱罐中。加入33.55 NaOH小球，慢慢溶解592.10Kg硼酸，攪拌并加入100.00Kg NaOH小球或直到溶液透明。
7)向由發(fā)生器容器中抽出的300升溶液中加入315Kg檸檬酸三鉀，攪拌直到溶解并返回發(fā)生器循環(huán)10分鐘。
8)循環(huán)上述#6返回發(fā)生器并循環(huán)10分鐘。
9)從發(fā)生器容器中抽出1200升，輸送至200°F下的熱罐中。加入68Kg NaOH小球，并慢慢溶解468.00Kg硼酸。加入足夠量的附加NaOH，從而溶解硼酸。
10)將1200升上述#9返回至發(fā)生器，并運行10分鐘。
11)從發(fā)生器容器中抽出600升，并溶解3.947Kg AlF3，并向發(fā)生器中加入足夠量的水，從而使溶液為3000升。循環(huán)30分鐘。
C.制備最終產(chǎn)品1)向發(fā)生器中加入1500升溶液B，并在15分鐘內(nèi)慢慢滴定1500升溶液A，并運行15分鐘。
應用該過程生產(chǎn)的組合物含有按已知重量/體積計存在量為約4wt％的二氧化硅，以及按已知重量/體積計存在量為約8wt％的硼酸根離子。應用該過程生產(chǎn)的組合物的pH值約為10.2或更高。
權利要求
1.一種降低木材變質(zhì)速率的方法，這種方法包括使木材與含水混合物接觸足夠時間從而用混合物浸漬木材的至少一部分，所述含水混合物包括含硅鹽的堿性膠體組合物，并且其中結合了硼離子。
2.權利要求1的方法，其中通過在密閉容器中在高于大氣壓的壓力下將木材浸在含水混合物中而使木材接觸。
3.權利要求2的方法，其中通過增加含水混合物進入容器的流量同時降低其流出容器的流量而產(chǎn)生壓力。
4.權利要求2的方法，其中壓力為約125psi至約175psi，并且其應用液體壓力而產(chǎn)生。
5.權利要求4的方法，其中保持壓力約30分鐘至約2小時。
6.權利要求5的方法，其中木材的干重比木材的初始重量增加約20％至約70％。
7.權利要求1的方法，其中在用組合物浸漬木材后，使木材不再與含水混合物接觸，并進行干燥，從而提供其中沉積有含硅鹽和含硼鹽的產(chǎn)品。
8.權利要求1的方法，其中堿性含硅鹽組合物包括水、二氧化硅、金屬硼酸鹽或硼酸、以及任選的鹵化鋁，其中利用堿金屬氫氧化物使水成堿性pH值至少為約10。
9.權利要求7的方法，其中堿性含硅鹽組合物包括水、約2％-20％w/v的二氧化硅、約2％-20％w/v的含硼鹽以及任選的鹵化鋁，其中水中含有氫氧化鈉或氫氧化鉀，從而使其pH值約為10-11。
10.權利要求8的方法，其中堿性含硅鹽組合物包括水、約2％至約20％w/v的為硅酸鹽形式的二氧化硅、約2％至約20％w/v的硼砂、約0.1％至約1％w/v的鹵化鋁、以及穩(wěn)定量的檸檬酸三鉀，其中水中含有約3至約4摩爾濃度的氫氧化鈉或氫氧化鉀。
11.權利要求9的方法，其中水中含有氫氧化鉀。
12.權利要求1的方法，其中在環(huán)境壓力下通過向木材表面施涂含水組合物而與木材接觸，并使其干燥。
13.權利要求12的方法，其中用刷子施涂含水組合物。
14.權利要求12的方法，其中通過噴涂施涂含水組合物。
15.權利要求2的方法，其中在壓力處理后將木材在環(huán)境條件下干燥至少30天。
16.權利要求2的方法，其中用硅酸鈣以及堿性含硅鹽組合物一起處理木材。
17.一種制品，其中包括用含硅鹽、含硼鹽以及任選的鹵化鋁浸漬的木材。
18.權利要求17的制品，其中含硅鹽在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w，含硼鹽在木材中的存在量為約1％w/w至約30％w/w。
19.權利要求17的制品，其中浸漬木材的干重比相同的未浸漬木材重約20％至約70％。
20.權利要求19的制品，其中浸漬木材基本上在整個木材結構中均被浸漬。
21.權利要求17的制品，其中所述木材在木材表面被浸漬。
22.權利要求21的制品，其中通過噴涂或刷涂堿性膠體二氧化硅組合物而進行浸漬，其中所述堿性膠體二氧化硅組合物被含硼鹽過飽和，并任選含有鹵化鋁。
23.一種膠體組合物，其包括水，堿金屬氫氧化物，其量足以使水的pH值至少為10，含硅鹽，含硼鹽，任選的鹵化鋁，以及任選的防腐劑。
24.權利要求23的組合物，其中堿金屬氧氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
25.權利要求23的組合物，其中堿金屬氧氧化物為氫氧化鉀。
26.權利要求23的組合物，其中組合物為膠體懸浮液，其中膠體顆粒顯示出約-40至約-75mV的ζ電勢。
27.權利要求23的組合物，其中含硅鹽的存在量為約2％w/v至約20％w/v。
28.權利要求27的組合物，其中含硅鹽的存在量至少為約4％w/v。
29.權利要求27的組合物，其中含硼鹽的存在量為約2％w/v至約20％w/v。
30.權利要求23的組合物，其中防腐劑為檸檬酸三鉀。
31.權利要求23的組合物，其中鹵化鋁為存在量至多約1.0％w/v的三氯化鋁或三氟化鋁。
32.權利要求23-31任一項的組合物，其中膠體顆粒顯示出約-40至約-75mV的ζ電勢。
33.一種制備適用于降低木材變質(zhì)速率的組合物的方法。這種方法包括(a)在pH值至少為10的條件下使含硼鹽與堿金屬硅酸鹽膠體混合物混合，(b)任選加入鹵化鋁和防腐劑，和(c)混合從而形成均勻的膠體組合物，該組合物被含硼鹽過飽和。
34.權利要求33的方法，其中用氫氧化鉀或氫氧化鈉調(diào)節(jié)堿金屬硅酸鹽溶液的pH值為10。
35.權利要求34的方法，其中用氫氧化鉀調(diào)節(jié)水至pH值至少為10。
36.權利要求34的方法，其中含硼鹽為硼砂。
37.權利要求33的方法，其中含硅鹽的存在量為約2％w/v至約20％w/v。
38.權利要求37的方法，其中含硅鹽的存在量至少為約4％w/v。
39.權利要求33的方法，其中含硼鹽的存在量為約2％w/v至約20％w/v。
40.權利要求33的方法，其中防腐劑為檸檬酸三鉀。
41.權利要求33的方法，其中鹵化鋁為存在量至多約1.0％w/v的三氯化鋁。
42.權利要求33-41任一項的方法，其中所述方法的實施條件應形成組合物的膠體顆粒，并且所述膠體顆粒顯示出約-40至約-75mV的ζ電勢。
43.權利要求33-42任一項的方法，其中所述膠體組合物按逆流方式流過磁場，其持續(xù)時間足以使膠體顆粒具有約-40至約-75mV的ζ電勢。
44.權利要求2的方法，其中保持浸漬壓力足夠長的時間從而基本上浸漬木材的整個結構。
全文摘要
一種降低木材變質(zhì)速率的方法，這種方法包括使木材與含水堿性膠體含硅鹽的組合物接觸，所述組合物用含硼鹽過飽和。所述接觸可以在環(huán)境或升高的溫度和壓力下進行。所述組合物為用含硼鹽過飽和并任選包括鋁鹽和防腐劑的含水膠體含硅鹽。通過混合含硼鹽與含硅鹽的膠體含水混合物并任選加入鋁鹽和防腐劑來制備所述組合物。該方法在一定條件下進行，從而形成含硼鹽的過飽和溶液。用這種組合物處理的木材可耐受昆蟲、腐蝕、UV變質(zhì)、火以及其它環(huán)境侵擾。所述木材還表現(xiàn)出提高的強度。
文檔編號B05D7/06GK1511068SQ02809408
公開日2004年7月7日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權日2001年3月30日
發(fā)明者R·R·霍爾庫姆, J·R·摩西, R R 霍爾庫姆, 摩西 申請人:Sgt控股有限責任公司