全 文 ：第 37卷 第 8期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37 No.8
2009年 8月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Aug.2009
辊压浸注处理大青杨木材的防腐性能 1)
　　　　　　　孙耀星　　　　　　　　方桂珍　刘一星
(北华大学 ,吉林 , 132013)　　　　(生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学))
　　摘　要　使用DDAC和硼化物 2种水载型防腐剂对饱水大青杨板材进行辊压浸注处理 ,并进行耐腐等级评定 ,压缩
率为 10% ～ 50%。研究结果表明:辊压处理能造成导管间纹孔膜破裂,在细胞壁上和胞间层中形成褶皱和裂隙;随着压
缩率的增大 ,药剂透入深度增大,试材载药量增加 ,试样质量损失率减小;当压缩率为 30%及以上时,药剂横向透入深度
大于 3.9mm,纵向透入深度大于 20mm;30%压缩率浸注 DDAC(质量分数 1%)的试材载药量为 8.743kg/m3、质量损失率
为 14.36%, 30%压缩率浸注硼化物(质量分数 2%)的试材载药量为 3.322kg/m3、质量损失率为 9.92%。
关键词　辊压浸注;木材防腐;载药量
分类号　S781.2DecayResistancePropertiesofPopulusussuriensisLumberImpregnatedwithPreservativebyRolerCompres-sion/SunYaoxing(DepartmentofWoodEngineering, BeihuaUniversity, Jilin132013, P.R.China);FangGuizhen,LiuYixing(NortheastForestryUniversity(KeyLaboratoryofBio-basedMaterialScienceandTechnology, MinistryofEdu-cation))//JournalofNortheastForestryUniversity.-2009, 37(8).-39 ～ 41WaterbornepreservativeofDDACandboridewereusedtoimpregnateP.ussuriensislumbersbyrollercompressionundercompressionratesrangingfrom10 percentto50percent.Resultsshowedthatthecrannyinintervascularpitmem-branesappeared, andthecelwalofvesselelementandfibersegmentdisplayeddrapeandcrannyduetorolercompres-sion.Withtheriseofcompressionrate, boththepenetrationdepthofpreservativeandtheretentionquantityofpreservativeintheexperimentallumberincreased, whilethemasslossratedecreased.Thepenetrationdepthperpendiculartothegrainwasmorethan3.9mm, whilethatparaleltothegrainofwoodwasmorethan20mmwhenthecompressionratewasgrea-terthanorequalto30 percent.Underthecompressionrateof30percent, theretentionquantityofpreservativeintheex-perimentallumberimpregnatedwithDDAC(thicknessof1 percent)was8.743 kg/m3 andthemasslossratewas14.36
percent, whilethosewithboride(thicknessof2 percent)were3.322kg/m3 and9.92 percent.Keywords　Impregnatingbycompressionrollers;Woodpreservation;Retentionquantityofpreservative
　　木制品或木构件经过防腐处理后 , 可显著延长使用年限。
任何一种有效的防腐药剂, 都要依赖于将其合适地浸注到木材
中去的方法, 才能起到真正保护木材的作用 [ 1] 。因此 , 防腐处
理中的浸注方法研究受到重视,木材防腐处理的方法种类很多 ,
但大多数方法作业时间长、效率低。木材辊压浸注处理是一种新
型的高效率的药剂注入方法 [ 2-5] 。在辊压处理的可压缩性、辊压
处理木材的材性、处理材形体变异规律研究的基础上 [ 6-8] ,本研
究通过电子显微镜的观察,对辊压浸注方法药剂进入木材的途径
和存在位置进行研究和分析;对经过饱水处理的大青杨木板使用
2种水载型防腐剂(DDAC和硼化物)进行不同压缩率的辊压浸
注处理 ,对处理后的木材进行浸住深度 、载药量和质量损失率等
指标的测定 ,以确定辊压浸注处理木材的耐腐等级。
1　材料与方法
选取材性构造相近 、无节疤 、纹理均匀通直的大青杨板
材 , 制作标准的径 、弦切板试材 。用于辊压浸注深度测试的试
材横向锯断为 5部分 , 分别进行压缩率为 10%、 20%、30%、
40%和 50%的辊压浸注染料水溶液试验;用于电子显微镜观
察 、载药量和质量损失率测试的试材横向锯断为 6部分 , 其中
一部分作为素材对照样进行质量损失率测试 , 其余 5部分试
材分别用于 10% ～ 50% 5个压缩率下防腐药剂的辊压浸注
处理;辊压浸注处理在室温下进行;辊压浸注前 ,试材需进行
饱水处理;辊压浸注结束后 ,试件迅速进行强制电热干燥。取
1)国家林业局 “ 948”项目(20040443)和吉林省科技发展计划项
目(20070704)。
第一作者简介:孙耀星 ,男 , 1967年 10月生 ,北华大学木材工程
系 ,副教授。
收稿日期:2009年 3月 9日。
责任编辑:潘　华。
素材及各压缩方向和各压缩率下的试件制样进行电镜观察。
试材尺寸:长(L)×宽(W)×高(T)=150mm×80mm×
20mm。
木材防腐剂:DDAC(质量分数 1%);硼化物(质量分数
2%)。
染料:酸性红质量分数 0.3%。
接种试菌:采绒革盖菌 [ Coriolusvcrsioolor(Fr.)Cooke] 。
辊压机:压辊直径 200mm,主动辊转速 13r/min。
QUANTA— 200型环境扫描电子显微镜。
将用于浸注深度测试的全干试件纵向 、横向剖开 ,取点测
量红色染料在不同的压缩率和压缩方向下沿径向 、弦向和纵
向的浸注深度。
辊压浸注防腐处理材和素材(对照样)防腐性能测试试
件的制作 、实验方法和试样质量损失率的计算参照国家标准
“木材天然耐久性试验方法 /木材天然耐腐性实验室试验方
法(GB/T13942.1— 92)”的要求进行。测定质量损失率使用
的试件取自辊压浸注处理试材纵向(顺纹方向)的端部。
载药量是指单位体积的木材含有防腐剂干盐的质量 , 计
算方法见公式(1)。
R=(W0 -W)/V。 (1)
式中:R为载药量 , kg/m3;W0为试材辊压浸注药剂后的全干
质量 , kg;W为试材辊压浸注药剂前的全干质量 , kg;V为试材
的体积 , m3。
2　结果与分析
2.1　辊压浸注机理
辊压法的操作在液面下进行 , 木板在一对上下配置的压
辊间通过 ,在一定的压缩率下 ,木材受压部位压缩方向上的尺
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2009.08.030
寸变小 , 木材空隙中的水分和空气被挤出 , 在离开压辊的瞬
间 , 木材这种黏弹性材料要回复原有的形状和尺寸 , 木材内形
成负压 , 依赖这种真空作用把药剂吸入木材 , 完成对木材的浸
注处理。瞬间的挤压作用于木材的细胞壁 , 并传递到木材中
水分移动的主要通道———纹孔上。在环境扫描电子显微镜
下 , 可以观察到不同压缩率和不同压缩方向下 , 大青杨木材的
导管分子 、木纤维分子 、木射线薄壁细胞的细胞壁及胞壁上纹
孔的微观构造特征在压缩前后的变化。
与素材相比 , 辊压处理材大青杨导管分子细胞壁上出现
了明显的平行于导管轴方向的条状的褶皱痕迹 , 由于压辊的
挤压作用 , 使得近似圆形或椭圆形的导管分子一侧的细胞壁
被压向对面的细胞壁 , 在折叠的部位留下了折痕;随着压缩率
的增大 , 褶皱痕迹的深度和宽度明显变大 , 且折痕回复到压缩
以前的平滑面的趋势变小;这一现象在木纤维分子的细胞壁
上也得到了印证 , 但皱褶的痕迹较轻。图 1是径向压缩 20%
时 , 导管分子胞壁上出现的折痕 , 图 2是弦向压缩 30%时 , 导
管分子中穿孔板因挤压而发生了变形。
图 1　径向压缩 20%的导管分子(500×)
图 2　弦向压缩 30%导管分子的穿孔板(4000×)
木材的辊压处理, 在导管分子和木纤维分子的细胞壁上形
成了裂隙,裂隙的尺寸随压缩率的增加而明显增大 ,在同一压缩
下 ,弦向压缩形成的裂隙大于径向 ,是由于木射线的径向分布起
到了阻碍作用 ,图 3所示径向压缩 40%时, 木纤维分子胞壁上的
裂隙,图 4是径向压缩 30%时,导管分子胞壁上出现的裂隙;当压
缩率高于 20%时 ,在导管分子的管间纹孔上均发现了破裂的纹
孔膜,随着压缩率的增大 ,破裂纹孔膜的数量增多 ,破损程度增
加 ,图 5是弦向压缩 30%时, 纹孔膜破损的情况;同时 ,在电镜下
观察到木射线薄壁细胞间出现了裂隙 ,裂隙程度随压缩率的增加
而明显增大 ,图 6是径向压缩 40%时木射线细胞间的情况。
在辊压浸注处理的瞬间 , 上述在木材内新出现的空隙和
通道 , 使得液体的流动性明显提高 ,使得防腐剂的浸注能在瞬
间完成 , 防腐剂存在的位置除了细胞腔外 , 在木材各种细胞的
胞壁内 , 也有一定数量的存在 , 这一点与常规的防腐处理方
法———真空加压法 , 在药剂浸注的途径和留存位置方面有明
显的区别。
图 3　径向压缩 40%的木纤维分子 (2000×)
图 4　径向压缩 30%导管分子的细胞壁 (1200×)
图 5　弦向压缩 30%导管分子的纹孔膜(5000×)
图 6　径向压缩 40%木射线分子(1500×)
2.2　不同压缩方向不同压缩率下的浸注深度
经过饱水处理的试材在 2个压缩方向和 5个压缩率的条
件下 ,在酸性红 G水溶液液面下进行辊压处理;计算不同辊
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压浸注工艺条件下每个试材径向 、弦向和纵向浸注深度的平
均值 , 试验结果见表 1。
表 1　辊压浸注不同压缩率和压缩方向下的浸注深度
压缩率 /% 压缩方向 浸注深度 /mm径向 弦向 纵向
10 径向 0.9 0.5 2.1
10 弦向 0.6 0.8 1.8
20 径向 2.0 1.4 3.0
20 弦向 1.3 1.5 2.8
30 径向 5.5 3.9 22
30 弦向 4.8 5.1 20
40 径向 6.0 4.5 35
40 弦向 5.5 6.0 31
50 径向 8.5 7.0 45
50 弦向 8.0 8.1 47
　　由表 1可知 , 对于辊压浸注处理 ,所达到的径向和弦向的
浸注深度因压缩方向而异 , 在压缩方向上的浸注深度略大;随
着压缩率的增大 , 径向 、弦向和纵向的浸注深度在增加 ,当压
缩率为 30%及以上时 , 这种增加尤为显明 , 尤其是纵向浸注
深度。压缩率为 10%的径 、弦向压缩 ,径 、弦向浸注深度在 0.5 ～
0.9mm之间 ,纵向浸注深度在 1.8 ～ 2.1mm之间;压缩率为
20%的径 、弦向压缩 ,径 、弦向浸注深度在 1.3～ 2.0mm之间 ,
纵向浸注深度在 2.8 ～ 3.0mm之间;压缩率为 30%及以上的
径 、弦向压缩 ,径 、弦向浸注深度大于 3.9mm, 纵向浸注深度
大于 20mm。
根据国家林业行业标准—防腐处理木材的使用分类和要
求(LY/T1636— 2005)中的规定 , 当辊压浸注处理的压缩率
达到 30%及以上时 , 防腐处理材能接近或达到 C3类(浸注深
度≥5.0mm,用于户外环境中使用, 不接触土壤, 避免长期浸泡
在水中 ,能有效抵抗蛀虫 、白蚁 、木腐菌的侵蚀)的防腐要求。
2.3　载药量
辊压浸注 DDAC和硼化物的大青杨板材不同压缩率下的
载药量见表 2。由表 2可知 ,对于 DDAC和硼化物 2种水溶性
木材防腐剂 , 随着辊压浸注法压缩率的增加 , 载药量增大;硼
化物的载药量都小于同一压缩率下 DDAC的载药量 , 硼化物
的药效成分尺寸较大 ,浸注性略差。
表 2　辊压浸注法的载药量
压缩率 /% 载药量 /kg· m
-3
DDAC 硼化物
10 5.336 1.650
20 6.520 2.692
30 8.743 3.322
40 11.901 3.788
50 14.887 4.377
　　对照 “防腐处理木材的使用分类和要求(LY/T1636—
2005)”中对于载药量的要求 , 对于 DDAC防腐剂 , 压缩率为
10%防腐处理材能达到 C3类(载药量≥4.0 kg/m3 ,用于户外
环境中使用 , 不接触土壤 , 避免长期浸泡在水中 ,能有效抵抗
蛀虫 、白蚁 、木腐菌的侵蚀)的要求;20%压缩率的处理材能
达到 C4A类(载药量≥6.4kg/m3 ,用于户外环境中使用 , 接触
土壤或长期浸泡在淡水中 , 能有效抵抗蛀虫 、白蚁 、木腐菌的
侵蚀)的使用要求;40%压缩率的处理材能达到 C4B类(载药
量≥9.6 kg/m3 , 用于户外环境中使用 , 接触土壤或长期浸泡
在淡水中 , 且用于难于更换或关键结构部件 , 能有效抵抗蛀
虫 、白蚁 、木腐菌的侵蚀)的使用要求。对于硼化物防腐剂 ,
30%压缩率的辊压处理材能达到 C1类(在室内干燥环境中
使用 , 不接触土壤 ,避免气候和水分的影响 , 能抵抗蛀虫的侵
蚀)的防腐要求。
2.4　质量损失率
通过实验研究 , 辊压浸注防腐处理大青杨的试件和素材
试件的质量损失率见表 3(压缩率为 0的试样为素材)。随着
压缩率的增加 , 处理材的质量损失率减小 , 耐腐性增强 , 参照
国家标准(GB/T13942.1— 92)中的 “木材天然耐腐等级评定
标准”, 耐腐等级增加。
对于 DDAC防腐剂 , 压缩率达到 20%及以上 , 处理才能
达到耐腐级别 , 40%及以上 , 达到强耐腐等级;对于硼化物防
腐剂 , 10%的压缩率能达到耐腐级别 , 30%及以上达到强耐腐
级别。
表 3　大青杨木材的重量损失率和耐腐等级
压缩率 /% DDAC质量损失率 /% 耐腐等级
硼化物
质量损失率 /% 耐腐等级
0 31.82 稍耐腐 32.79 稍耐腐
10 26.51 稍耐腐 20.24 耐腐
20 20.42 耐腐 17.65 耐腐
30 14.36 耐腐 9.92 强耐腐
40 9.83 强耐腐 9.03 强耐腐
50 7.22 强耐腐 6.50 强耐腐
3　结论
本研究认为 , 辊压浸注处理法中压辊的挤压作用 ,会导致
木材在导管分子 、木纤维分子的细胞壁上和胞间层中出现褶
皱和裂隙;同时 ,纹孔膜受到破坏 , 这些新出现的水分移动的
通道 ,会显著提高防腐药剂在短时间内的渗透能力。
对辊压浸注处理大青杨木材浸注深度的研究表明 , 随着
压缩率的增大 , 浸注深度增加 , 在压缩方向上的浸注深度略
大;压缩率为 30%及以上的径 、弦向压缩 , 径 、弦向浸注深度
大于 3.9mm, 纵向浸注深度大于 20mm。
对辊压浸注防腐剂的大青杨木材的载药量和质量损失率
的研究表明 , 对于浸注 DDAC防腐处理材 , 压缩率为 10%的
载药量能达到 C3类的要求 , 压缩率为 20%的载药量能达到
C4A类的使用要求 , 压缩率为 40%的载药量能达到 C4B类的
使用要求;根据耐腐等级的判定标准 , 压缩率达到 20%及以
上 ,处理才能达到耐腐级别 , 40%及以上达到强耐腐等级。 对
于浸注硼化物的防腐处理材 , 30%压缩率的载药量能达到 C1
类的防腐要求 , 10%的压缩率能达到耐腐级别 , 30%及以上能
达到强耐腐级别。
参　考　文　献
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