四水八硼酸鈉與二氧化硅溶膠復配對木材性能影響的研究

方錫武，汪海風，薛明，李幸運，江李貝*

四水八硼酸鈉與二氧化硅溶膠復配對木材性能影響的研究

方錫武1，汪海風2，薛明2，李幸運1，江李貝2*

（1. 浙江順虎德邦涂料有限公司，浙江 麗水 323000；2. 浙江加州國際納米研究院，浙江 杭州 310000）

四水八硼酸鈉是一種無毒、無臭的環保型無機木材改性劑，表現出優異的木材改性功能，但是由于其水溶性大、易吸潮的缺點，在使用過程中容易流失，導致其對木材的改性功能無法持久。實驗通過將四水八硼酸鈉與二氧化硅溶膠進行復配，改善了四水八硼酸鈉的抗流失性能，從而實現木材改性的耐久化。 同時測試了四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材的防霉性、防蟲性以及防潮性，結果顯示處理過后木材性能得到了明顯的提升。

木材；四水硼酸鈉；二氧化硅溶膠；防霉性；防蟲性；防潮性；抗流失

木材是一種綠色環保的建筑工業用料[1-3]，但由于木材表面存在大量親水的羥基基團，導致木材存在干縮濕漲、高度各向異性等缺點，使得木材在干縮濕漲過程中尺寸變化不一，導致木材容易出現翹曲、變形甚至開裂[4-7]，此外，木材的強吸濕性會導致木材強度降低，易于發生腐朽，極大地限制了木材在建筑領域的使用。因此，改善木材尺寸穩定性和降低竹木材吸濕性對實現木材高效利用具有重要意義[8-9]。

四水八硼酸鈉是一種無毒、無臭的環保型無機木材改性劑，克服了硼酸和硼砂的缺點，不僅溶解度大，擴散能力強，而且含硼量高，可以防止木材因受微生物侵害而腐爛，從而達到提高木材使用壽命的目的[10]。但硼化合物在戶外使用時，流失率較高，因此，不宜應用于與水和土壤接觸的環境中，大大限制了其使用范圍。

本文將四水八硼酸鈉與二氧化硅溶膠進行復配，不僅很好地改善了四水八硼酸鈉的抗流失性能，而且處理過后木材的防霉性、防蟲性以及防潮性都得到了很大的提升，性能優異。

1 試驗部分

1.1 原料

四水八硼酸鈉，鄭州化工原料有限公司；二氧化硅溶膠，浙江宇達化工有限公司；木材由浙江元森態家具有限公司提供。

1.2 實驗過程

1）將木材試件抽真空30 min，真空度保持 0.095 MPa。

2）常壓下，將木材試件浸注于四水八硼酸鈉溶液中30 min，然后加壓至1 MPa，繼續浸注60 min。

3）將上述木材置于鼓風烘箱中，103 ℃烘干12 h，測定四水八硼酸鈉吸入量。

4）重復上述步驟，吸入二氧化硅溶膠，獲得較為理想的載藥量的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材。

5）將四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材置于鼓風烘箱中，103 ℃烘干12 h。

1.3 測試

防蟲性：根據GB/T 29399—2012測試。

防潮性：根據GB/T 18260—2000測試。

防霉性：根據GB/T 18261—2000測試。

2 結果與討論

2.1 抗流失性

實驗將木材分別使用單一的四水八硼酸鈉溶液以及5個不同二氧化硅質量分數（分別是5%、10%、15%、20%、25%）的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠復配溶液進行處理，測試其抗流失性能，并與未處理木材進行對比，結果如圖1所示。由圖1可知，使用單一的四水八硼酸鈉處理后木材的抗浸提值都小于4%，甚至為負數，說明其抗流失性能很差。而通過與二氧化硅溶膠的復配溶液處理之后，所得到的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材抗浸提值分別達到了88.58%、81.14%、72.24%、71.06%和60.64%，抗流失性能得到了明顯的改善。

圖1 不同質量分數處理劑的抗浸提值

2.2 防蟲性

實驗將木材分別使用單一的四水八硼酸鈉溶液以及3個不同二氧化硅質量分數（分別是5%、15%、25%）的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠復配溶液進行處理，測試其防蟲性，并與未處理木材進行對比，結果如圖2、圖3所示。結果表明，經四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠復配溶液處理的試樣在測試結束后白蟻全部死亡，試樣完好無損，蟻蛀等級均為0，試樣完好率均為100%。實驗證明四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材可以有效抵抗白蟻的侵害，抗蟻蛀性等級屬于強抗，性能優異。

2.3 防潮性

實驗將木材分別使用單一的四水八硼酸鈉溶液以及3個不同二氧化硅質量分數（分別是5%、15%、25%）的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠復配溶液進行處理，測試其防潮性，并與未處理木材進行對比，結果如圖4所示。由圖4可知，單一四水八硼酸鈉處理材（5%、15%和25%）的吸濕率分別是12.13%、14.66%、15.12%，而通過與二氧化硅溶膠二次復合處理之后，吸濕率為9.02%、11.29%和11.77%，吸濕率明顯下降，說明處理后的四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材防潮性變好，二氧化硅溶膠的加入可以有效改善木材的防潮性，且隨著二氧化硅溶膠的加入量的增加，吸濕率下降，防潮性能變好。

圖4 不同質量分數處理劑的吸濕率

2.4 防霉性

實驗選用4種不同的菌種（木霉、黑曲霉、青霉、可可球二孢）對四水八硼酸鈉/二氧化硅溶 膠/木材以及未處理木材進行處理，測試其防霉效力，并進行比較，結果如表1、圖5至圖8所示。

結果表明，四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠復合防霉劑對霉菌（木霉、黑曲霉、桔青霉）和藍變菌（可可球二孢）的防治效力均達到100%。未經過處理的再被不同菌種處理之后都出現了發霉長毛的現象，防霉性較差，而四水八硼酸鈉/二氧化硅溶膠/木材在不同菌種的作用下，并未出現任何發霉長毛的現象，并且木材的顏色也沒有出現明顯的變化，防霉性優異。

圖6 木霉防治效力對比圖

圖7 桔青霉防治效力對比圖

圖8 黑曲霉防治效力對比圖

3 結 論

單一的四水八硼酸鈉處理的木材抗流失性能差，實驗選用二氧化硅溶膠與四水八硼酸鈉進行復配，采用特定處理工藝對木材進行二次加壓浸注處理，制得環保型無機質復合木材——四水八硼酸 鈉/二氧化硅溶膠/木材，實驗證明處理后木材具有良好的防霉、防蛀、防潮性能，同時具有較好抗流失性能，在保證了木材改性效果持久保持的同時，從不同的方面提升了木材耐久性能。

[1] 楊俊霞，鄒惠芬. 木結構建筑節能技術研究[J]. 西部皮革，2018，40（8）：48.

[2] 阮玲. 木材在未來建筑設計中的應用分析[J]. 建材發展導向，2020，18（16）：60-61.

[3] 諶曉夢. 建筑用木材的使用初探[J]. 中國建材科技，2020， 29（1）：110-112.

[4] 木基導電電磁屏蔽材料的研究進展[J]. 材料導報，2018， 32（13）：2320-2328.

[5] 王小青，孟軍旺，程志泳，等. 木材耐久性超疏水表面構建研究進展[J]. 林業科技開發，2020，5（3）：13-20.

[6] 邢東，胡建鵬，姚利宏.熱處理木材的材性預測與質量控制研究現狀與發展[J].浙江農林大學學報，2020，37（4）：793-800.

[7] 陳雪艷，儲秋露，王靜，等.兩步法預處理脫除木質素對楊木酶水解的影響[J].林產化學與工業，2019，39（5）：73-79.

[8] 熊幸陽. 樟木過熱蒸汽干燥數值模擬及工藝優化研究[D]. 長沙：中南林業科技大學，2018.

[9] 呂蕾，周亞菲，劉珊杉，等. 熱處理對三種木材尺寸穩定性的影響[J]. 林業科技，2020，45（2）：55-58.

[10] 王苡瑄，周佳瑀，謝旭東，等. 四水八硼酸鈉及鉬酸鈉之抗白蟻性探討[C]. 中華林產事業協會學術論文暨研究成果研討會摘要集，2018.

Effects of Sodium Borate Tetrahydrate and Silica Sol on the Properties of Wood

1,2,2,1,1, 2*

（1. Zhejiang Shunhu Debang Coatings Co., Ltd., Lishui Zhejiang 323000, China;2. Zhejiang California International Institute of Nanotechnology, Hangzhou Zhejiang 310000, China）

Sodium borate tetrahydrate is a kind of nontoxic, odorless and environmental friendly inorganic wood modifier, it shows excellent wood modification function. However, due to its high water solubility and easy moisture absorption, it is easy to lose in the process of use, which leads to its unsustainable wood modification function. In the experiment,sodium borate tetrahydrate was compounded with silica sol to improve the anti loss performance of sodium octaborate tetrahydrate, so as to realize the durability of wood modification.At the same time, the anti-mold, insect-proof and moisture-proof properties of sodium octaborate tetrahydrate/silica sol/wood were tested.The results showed that the performance of the wood was significantly improved after treatment.

Sodium borate tetrahydrate; Silica sol; Mildew resistance; Insect resistance; Moisture resistance; Loss resistance

村鎮生態建筑材料研究與部品開發（項目編號：2018YFD1101002）。

2021-03-10

方錫武（1968-），男，浙江省麗水市人，副高級，1994年畢業于浙江工業大學精細化工專業，研究方向：應用化學。

江李貝（1992-），女，碩士，研究方向：木材防腐。

TQ352

A

1004-0935（2021）11-1623-03