防腐劑是指天然或合成的化學成分，用于加入食品、藥品、顏料、生物標本等，以延遲微生物生長或化學變化引起的腐敗。亞硝酸鹽及二氧化硫是常用的防腐劑之一。
木材防腐劑的探究進程
木材是一種天然有機材料具有明顯的生物特性易被菌蟲海生鉆孔蟲等生物侵襲在使用前根據(jù)不同的應用環(huán)境選用合適的防腐劑進行恰當?shù)奶幚?span id="di13wsh" class="myIcon">則可以有效地延緩木材腐朽隨著人們生活水平的提高對木材的需求量也日益增加我國可采伐使用的森林資源十分有限寄希望于使用大量外匯進口木材也是不現(xiàn)實的立足于國內(nèi)充分利用現(xiàn)有資源走可持續(xù)發(fā)展之路是我國木材工業(yè)發(fā)展的必由之路對木材進行防腐處理延長木制品的使用年限是節(jié)約木材保護森林資源的重要途徑之一我國目前經(jīng)防腐處理后使用的木材很少且大多使用的是對人類和環(huán)境危害大的傳統(tǒng)的木材防腐劑因此了解木材防腐劑進展研制和開發(fā)新型木材防腐劑是十分必要的
1傳統(tǒng)防腐劑研究與使用概況
到目前為止最為常用防止木材腐朽的方法還是用化學藥劑防腐當前使用最多的是水溶性防腐劑約占防腐劑使用總量的3/4[1]水溶性防腐劑主要有銅鉻砷CCA銅鉻硼CCB氟鉻酚砷FCAP氨溶砷酸銅ACA酸性鉻酸銅ACC等這些藥劑已經(jīng)得到了廣泛應用其中CCA的使用量最大約占水溶性防腐劑使用量的60%[1]目前有關CCA的工作主要是CCA在木材中的固化和微觀分布研究
由于單一防腐劑抗木腐菌蟲的范圍比較狹窄現(xiàn)在一般將兩種或幾種防腐劑按一定比例混合不但可以克服單一防腐劑使用時的不足之處而且還會產(chǎn)生一些新的特性目前復合防腐劑已在世界各國得到了最廣泛的應用并取得了很好的效果
2 新型木材防腐劑的研究進展
由于傳統(tǒng)防腐劑存在諸多不足迫使人們研究和尋找對人畜無害對環(huán)境無污染僅對微生物有毒的新型防腐劑符合上述要求的防腐劑較多目前研究較多的包括水溶性的烷基銨類化合物AAC氨溶烷基胺銅（ACQ）硼化物二甲基二硫代氨基甲酸銅（CDDC）和油溶性的百菌清（CTL）有機碘化物IPBC等
2.1新型水溶性防腐劑
2.1.1 氨溶烷基胺銅（ACQAmmoniacal Copper Quats）
ACQ是美國CSI公司研制的木材保護劑通過了美國環(huán)保部門的認可并進行了標準化工作列入了AWPA標準主要在加拿大美國等國生產(chǎn)已作為新一代木材保護劑投入商業(yè)應用
根據(jù)AWPA標準所列ACQ有3種類型即ACQ-AACQ-B和ACQ-D其中ACQ-A和ACQ-B于1992年列入AWPA標準P5ACQ-D于1995年列入AWPA標準P5A型和B型的差異僅是銅和季銨鹽的比率不同在D型中沒有了氨氣的揮發(fā)改善了操作條件降低了成本并且處理材不變色[2]
商品ACQ原液為深藍色在進行防腐處理時會有刺激性的氣體揮發(fā)出來ACQ有較好的滲透性對大規(guī)格木材處理十分有效如對于較難浸透的杉木邊材（105mm×105mm×1000mm）的浸潤率可達100%注入量達300kg/m3（濕質(zhì)量）以上原木（直徑100mm長1000mm）注入量達500kg/m3（濕質(zhì)量）以上室內(nèi)實驗表明經(jīng)ACQ處理的木材當保持量為0.7kg/m3時（以銅計）其質(zhì)量損失率低于10%吸濕性與未處理的之比為0.88對鐵釘?shù)母g性與未處理的之比為1.42當保持量達到7.0kg/m3時（以銅計）經(jīng)野外實驗5a僅有輕微腐朽而沒有任何處理的對照組3a地下部分就完全腐朽了另外ACQ還可用于鐵路枕木的處理效果很好由于ACQ在處理過程中有揮發(fā)性氣體操作人員需要防護裝備[3]
ACQ具有如下優(yōu)點①具有良好的防霉防腐防蟲的性能②對木材具有良好的滲透性可用來處理大規(guī)格難處理的木材和木質(zhì)品③抗流失性具有長效性④低毒不含砷鉻酚等對人畜有害的物質(zhì)ACQ已成為取代目前在世界各國廣泛使用的CCA的新一代木材保護劑現(xiàn)已在美國日本和東南亞等國家投入使用目前國內(nèi)尚未研究和應用一些學校和科研單位已開始實驗室研制
2.1.2 烷基銨化物AAC
烷基銨化物AAC是第三級銨鹽和第四級銨鹽的總稱它對廣泛圍的生物有效力對環(huán)境的影響小自然降解性好處理后的木材外觀和加工性能與未處理材相似頗有應用潛力該藥劑于1998年再次列入AWPA標準P8[4]AAC作為木材防腐劑為水溶性的與銅鉻砷類防腐劑價格相近但其抗流失效力較銅鉻砷類防腐劑低
在烷基銨化物中季銨鹽用作木材防腐劑的研究較多季銨鹽本是一種陽離子表面活性劑自從半個多世紀前Domagk G發(fā)現(xiàn)含有長鏈烷基的季銨鹽具有強力的殺菌性能以來被逐步引入到木材保護行業(yè)作為木材防腐劑用季銨鹽的篩選圍繞著以下幾個方面進行
①殺菌的廣譜性即產(chǎn)品對多種木腐菌具有較強的殺滅和抑制能力
②產(chǎn)品的毒性要小生物降解性要好對環(huán)境沒有不良影響
③產(chǎn)品在水中溶解性能要好耐光和熱貯存穩(wěn)定性要好
④表面張力要小浸潤滲透性要強
⑤與其它防腐劑和殺蟲劑的配伍性要好
目前季銨鹽防腐劑已經(jīng)發(fā)展了多代在一些發(fā)達國家廣泛用作木材防腐劑和木材防變色劑有些品種還可用作防蟲劑在詳細研究了季銨鹽類化合物的結(jié)構(gòu)與殺菌力之間的關系后認為二甲基二癸基氯化銨DDAC是最具應用前景的木材防腐劑和抗變色的藥劑DDAC對木材具有天然親和力通過陽離子交換作用固定在木材上可作與地面接觸場合的木材防腐劑但其固定速度較慢一般需兩周已在歐美一些國家注冊使用
國外DDAC的研究主要集中于與其它藥劑的復合用作防腐劑防變色劑和防霉劑的應用方面有關防腐和殺菌機理等方面的基礎研究還沒有見到較為系統(tǒng)的報道國內(nèi)還沒有開展DDAC在木材防腐方面的應用研究
2.1.3 硼化物
近年來有關硼化合物的木材防腐劑日益增多硼鹽作為木材防腐劑對危害木材的生物具有高毒性同時但對人畜低毒且價格經(jīng)濟已成為一類較為重要的防腐劑AWPA相關的防腐劑包括吡咯硼（CBA-A1995年收入P5標準）無機硼（1995年修正標準P5）[5]
硼化物處理后的木材表面潔凈無刺激性氣味對人畜和環(huán)境安全其pH值接近中性處理后木材不變色對力學強度影響較低便于著色油漆和膠合
由于硼化物優(yōu)點突出在國內(nèi)外已被廣泛使用但它單獨使用時很容易流失處理后尺寸不穩(wěn)定人們一般在硼化物防腐劑中加入一些助劑來幫助硼固著在木材上這些助劑大多為一些高分子單體和聚合物如用乙烯單體聚乙二醇和脲醛預縮液高沸點樹脂等復配能提高硼的固著性能抑制硼的流失并對木材的其它性能也有一定的改善還有用一些天然物（蛋白質(zhì)）和植物提取物（如類黃酮單寧）使硼酸部分固定于木材上提高了硼在木材中的持久性[6~9]也有采用簡單的物理方法僅在木材表面涂上樹脂石蠟醇酸樹脂漆等防水劑以防止或減少硼化物的流失
2.1.4 二甲基二硫代氨基甲酸銅（CDDC）
有關二甲基二硫代氨基甲酸銅（CDDC）的研究主要集中于美國和加拿大等國于1994年列入AWPA標準P5二甲基二硫代氨基甲酸銅（CDDC）是通過先用乙醇胺銅或硫酸銅處理接著再用二甲基二硫代氨基甲酸鈉（SDDC）進行雙重處理后通過配位體交換與木材組分相互作用在木材中形成的不溶于水的螯合物在這種螯合物中銅與SDDC摩爾比為12[5]
CDDC處理的木塊防白腐和軟腐的效果也較CCA好抗流失性較CCA和ACA均強且固著時間短（處理后１h即固定）CDDC處理的木材高溫干燥后不會降低其強度指標與中碳鋼接觸時沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕CDDC的處理工藝較為簡單可以沿用CCA處理廠的設備防腐廠在采用此藥劑時能降低設備投入費用[10,19]
國外在CDDC與木材的化學作用和CDDC在木材中的微觀分布研究方面較多應用分析工具包括環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）X光衍射法XRDX光光電子能譜XPS傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜FTIR和能量彌散X射線分析EDXA等國內(nèi)還沒有相關研究和應用[11~14]
2.2新型油溶性防腐劑
2.2.1 百菌清CTL
百菌清（2456-四氯-13苯二睛）CTL是一種廣泛使用的農(nóng)用廣譜殺菌劑20世紀70年代末期為尋求油溶性木材防腐劑雜酚油（creosote）五氯酚（PCP）的替代品開始了對百菌清用于木材防腐的研究1993年AWPA將百菌清列入油溶性防腐劑標準P8[15]百菌清乳劑防治某些木材真菌的效果較其它劑型好對哺乳動物不會導致基因突變能與土壤顆粒結(jié)合而難溶于水不污染水環(huán)境也不會在土壤中積累它對控制擔子菌白蟻和海生鉆孔動物具有良好的效果在英國百菌清被認為是電桿防腐的首選藥劑[16]近年來百菌清制劑廣泛用于防止木材霉菌變色菌木腐菌土棲白蟻及有關處理工藝研究目前我國已能生產(chǎn)百菌清但由于成本等原因作為木材防腐劑應用尚不多[17,18]
2.2.2 有機碘化物
早在20世紀八十年代即有采用3-碘代-2-丙炔基甲氨酸丁酯（IPBC）作為防腐劑處理實木和復合材料并于1998年再次修訂列入AWPA標準P8[15]目前IPBC油溶性配方主要用于浸漬細木工材在美國的海濱城市夏威夷采用IPBC和毒死蜱聯(lián)合處理了包括細木工配件層壓板膠合梁等結(jié)果表明在惡劣的曝露條件下經(jīng)IPBC/毒死蜱聯(lián)合處理后木材具有良好的抗腐朽和昆蟲的侵害作用IPBC近期的研究集中于和其它藥劑復合使用作為與土壤接觸的木材防腐劑[20]國內(nèi)尚未生產(chǎn)
3 木材防腐劑發(fā)展的趨勢
隨著經(jīng)濟發(fā)展和人們環(huán)境意識的增強木材保護技術面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)開發(fā)低毒高效不污染環(huán)境具有選擇性和經(jīng)濟的木材防腐劑是這一行業(yè)所急需解決的關鍵問題目前木材防腐劑的發(fā)展呈以下幾個特點[21~25]
1 殺菌劑使用銅是一種重要趨勢銅對真菌有較好的抑制作用防腐效果好價格適中對環(huán)境柔和對人畜無害故被廣泛應用于木材防腐劑中
2 復合殺菌劑的方法開發(fā)新型木材防腐劑可具有廣譜使用量少等優(yōu)點但性能優(yōu)良的殺菌劑復合配置需進行大量篩選實驗
3采用和木材組分以共價鍵結(jié)合固定機理的防腐劑是發(fā)展方向這樣可以使防腐劑與木材各組分形成較牢固的化學鍵降低其流失性提高防腐劑的長效性
4 防腐部門一般從相關行業(yè)的長效殺蟲劑和防腐劑中篩選開發(fā)處優(yōu)良的木材防腐劑可以降低研究成本和開發(fā)費用已經(jīng)證明多種殺菌劑可以開發(fā)用作木材防腐劑如DDAC（季銨鹽）TCMTB（苯噻清）三唑類百菌清等
5 具有天然防腐性能的植物化學成分提取和開發(fā)的生物防腐是21世紀木材防腐劑的重要特點但有效成分的確定和大量提取的成本是這類防腐劑能否工業(yè)化生產(chǎn)面臨的主要問題
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