四水八硼酸钠与二氧化硅溶胶复配对木材性能影响的研究

方锡武，汪海风，薛明，李幸运，江李贝*

四水八硼酸钠与二氧化硅溶胶复配对木材性能影响的研究

方锡武1，汪海风2，薛明2，李幸运1，江李贝2*

（1. 浙江顺虎德邦涂料有限公司，浙江 丽水 323000；2. 浙江加州国际纳米研究院，浙江 杭州 310000）

四水八硼酸钠是一种无毒、无臭的环保型无机木材改性剂，表现出优异的木材改性功能，但是由于其水溶性大、易吸潮的缺点，在使用过程中容易流失，导致其对木材的改性功能无法持久。实验通过将四水八硼酸钠与二氧化硅溶胶进行复配，改善了四水八硼酸钠的抗流失性能，从而实现木材改性的耐久化。 同时测试了四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材的防霉性、防虫性以及防潮性，结果显示处理过后木材性能得到了明显的提升。

木材；四水硼酸钠；二氧化硅溶胶；防霉性；防虫性；防潮性；抗流失

木材是一种绿色环保的建筑工业用料[1-3]，但由于木材表面存在大量亲水的羟基基团，导致木材存在干缩湿涨、高度各向异性等缺点，使得木材在干缩湿涨过程中尺寸变化不一，导致木材容易出现翘曲、变形甚至开裂[4-7]，此外，木材的强吸湿性会导致木材强度降低，易于发生腐朽，极大地限制了木材在建筑领域的使用。因此，改善木材尺寸稳定性和降低竹木材吸湿性对实现木材高效利用具有重要意义[8-9]。

四水八硼酸钠是一种无毒、无臭的环保型无机木材改性剂，克服了硼酸和硼砂的缺点，不仅溶解度大，扩散能力强，而且含硼量高，可以防止木材因受微生物侵害而腐烂，从而达到提高木材使用寿命的目的[10]。但硼化合物在户外使用时，流失率较高，因此，不宜应用于与水和土壤接触的环境中，大大限制了其使用范围。

本文将四水八硼酸钠与二氧化硅溶胶进行复配，不仅很好地改善了四水八硼酸钠的抗流失性能，而且处理过后木材的防霉性、防虫性以及防潮性都得到了很大的提升，性能优异。

1 试验部分

1.1 原料

四水八硼酸钠，郑州化工原料有限公司；二氧化硅溶胶，浙江宇达化工有限公司；木材由浙江元森态家具有限公司提供。

1.2 实验过程

1）将木材试件抽真空30 min，真空度保持 0.095 MPa。

2）常压下，将木材试件浸注于四水八硼酸钠溶液中30 min，然后加压至1 MPa，继续浸注60 min。

3）将上述木材置于鼓风烘箱中，103 ℃烘干12 h，测定四水八硼酸钠吸入量。

4）重复上述步骤，吸入二氧化硅溶胶，获得较为理想的载药量的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材。

5）将四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材置于鼓风烘箱中，103 ℃烘干12 h。

1.3 测试

防虫性：根据GB/T 29399—2012测试。

防潮性：根据GB/T 18260—2000测试。

防霉性：根据GB/T 18261—2000测试。

2 结果与讨论

2.1 抗流失性

实验将木材分别使用单一的四水八硼酸钠溶液以及5个不同二氧化硅质量分数（分别是5%、10%、15%、20%、25%）的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶复配溶液进行处理，测试其抗流失性能，并与未处理木材进行对比，结果如图1所示。由图1可知，使用单一的四水八硼酸钠处理后木材的抗浸提值都小于4%，甚至为负数，说明其抗流失性能很差。而通过与二氧化硅溶胶的复配溶液处理之后，所得到的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材抗浸提值分别达到了88.58%、81.14%、72.24%、71.06%和60.64%，抗流失性能得到了明显的改善。

图1 不同质量分数处理剂的抗浸提值

2.2 防虫性

实验将木材分别使用单一的四水八硼酸钠溶液以及3个不同二氧化硅质量分数（分别是5%、15%、25%）的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶复配溶液进行处理，测试其防虫性，并与未处理木材进行对比，结果如图2、图3所示。结果表明，经四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶复配溶液处理的试样在测试结束后白蚁全部死亡，试样完好无损，蚁蛀等级均为0，试样完好率均为100%。实验证明四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材可以有效抵抗白蚁的侵害，抗蚁蛀性等级属于强抗，性能优异。

2.3 防潮性

实验将木材分别使用单一的四水八硼酸钠溶液以及3个不同二氧化硅质量分数（分别是5%、15%、25%）的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶复配溶液进行处理，测试其防潮性，并与未处理木材进行对比，结果如图4所示。由图4可知，单一四水八硼酸钠处理材（5%、15%和25%）的吸湿率分别是12.13%、14.66%、15.12%，而通过与二氧化硅溶胶二次复合处理之后，吸湿率为9.02%、11.29%和11.77%，吸湿率明显下降，说明处理后的四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材防潮性变好，二氧化硅溶胶的加入可以有效改善木材的防潮性，且随着二氧化硅溶胶的加入量的增加，吸湿率下降，防潮性能变好。

图4 不同质量分数处理剂的吸湿率

2.4 防霉性

实验选用4种不同的菌种（木霉、黑曲霉、青霉、可可球二孢）对四水八硼酸钠/二氧化硅溶 胶/木材以及未处理木材进行处理，测试其防霉效力，并进行比较，结果如表1、图5至图8所示。

结果表明，四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶复合防霉剂对霉菌（木霉、黑曲霉、桔青霉）和蓝变菌（可可球二孢）的防治效力均达到100%。未经过处理的再被不同菌种处理之后都出现了发霉长毛的现象，防霉性较差，而四水八硼酸钠/二氧化硅溶胶/木材在不同菌种的作用下，并未出现任何发霉长毛的现象，并且木材的颜色也没有出现明显的变化，防霉性优异。

图6 木霉防治效力对比图

图7 桔青霉防治效力对比图

图8 黑曲霉防治效力对比图

3 结 论

单一的四水八硼酸钠处理的木材抗流失性能差，实验选用二氧化硅溶胶与四水八硼酸钠进行复配，采用特定处理工艺对木材进行二次加压浸注处理，制得环保型无机质复合木材——四水八硼酸 钠/二氧化硅溶胶/木材，实验证明处理后木材具有良好的防霉、防蛀、防潮性能，同时具有较好抗流失性能，在保证了木材改性效果持久保持的同时，从不同的方面提升了木材耐久性能。

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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

村镇生态建筑材料研究与部品开发（项目编号：2018YFD1101002）。

2021-03-10

方锡武（1968-），男，浙江省丽水市人，副高级，1994年毕业于浙江工业大学精细化工专业，研究方向：应用化学。

江李贝（1992-），女，硕士，研究方向：木材防腐。

TQ352

A

1004-0935（2021）11-1623-03