国内外竹材防腐的研究进展

李 能，陈玉和，包永洁，吴再兴

（国家林业局 竹子研究开发中心，浙江 杭州 310000）

国内外竹材防腐的研究进展

李 能，陈玉和，包永洁，吴再兴

（国家林业局 竹子研究开发中心，浙江 杭州 310000）

主要从竹材防腐的影响因素、竹材防腐剂和竹材防腐处理工艺三个方面对国内外竹材防腐现状进行了回顾。竹材防腐研究对于竹材保护具有重要意义，前景广阔。竹材防腐的发展趋势主要是：降低竹材营养物质含量和改善竹材渗透性；开发渗透性好，成本低廉，无毒环保等竹材防腐剂；改进处理工艺，增强竹材水载防腐剂的渗透性和抗流失性。

竹材；竹材防剂；处理工艺

我国竹材资源十分丰富，用途广泛。竹材不但是生活资料，也可以作为生产资料[1]，其质量轻，成本低，生产周期短[2-4]，因此广泛应用于家具、人造板、装饰建筑材料、工艺品、造纸、纺织等行业，但是相对木材来说，竹材细胞中含有比较多的淀粉、还原糖、蛋白质、脂肪等，在温暖潮湿的环境中竹材很容易发生腐朽、霉变和虫蛀[5]，这一缺陷大大缩短了竹材的使用寿命。因此，竹材防腐研究具有重要意义。

几十年来，国内外学者们对竹材防腐开展了一系列的研究。如20世纪50年代Liese W[6]研究指出：竹材防腐时，防腐剂在离导管越远地方渗透水平越低，这就使得竹材防腐剂分布不均匀。20世纪80年代竹材防腐进一步开展，Liese W等[7-8]对竹材防腐进行更深入的研究，印度尼西亚开展了针对Jave竹的传统防腐技术研究[9]，20世纪90年代中国林科院用多种方法和防腐剂处理竹材，初步探寻适合竹材的防腐剂和处理方法[10]。宋桢等[11]试验了ACB的竹材防腐效果，同时也有公司开始介绍竹材防腐剂的配制[10]，一些标准也处于制定中[12]。进入21世纪后，竹材防腐达到了一个全新的高度，研究者在竹材中试用了CCA、ACQ、CA、CMC系列等各种防腐试剂[13-22]，并对竹材结构和防腐方法也展开了一定的研究[23-24]。竹材防腐的研究已变成竹材研究领域里的一个热点，研究成果也越来越多，但是仍然还有很大的发展空间。竹材防腐处理的目的是延长竹材使用寿命，以减少木材需求和构建一个低碳社会。近年来，人们越来越关注环保问题，在竹材防腐中，也需要始终贯彻节能环保的意识，开发高性能且无害的防腐剂，改善处理工艺，减少污染物质的排放和节约能源是研究者当前和未来的一大挑战。本文将从竹材防腐的影响因素、竹材防腐剂、竹材防腐工艺等方面介绍国内外竹材化学防腐进展。

1 竹材防腐的影响因素

1.1 竹材营养物质对竹材防腐的影响

竹材内部含有丰富的营养物质，大约40%的竹材薄壁细胞富含淀粉，只有在竹子开花时，这些淀粉才会转移到种子去。然而淀粉又是穿孔虫和蓝菌等的食物，使竹材很容易腐朽，这使得竹材防腐显得尤为重要。为了增强竹材的耐腐性，一般可以在雨季之后采伐竹材，这一时期的竹材淀粉含量最低，这也使竹材在采伐初期不易被侵腐。此外，也有人也认为淀粉将细胞填满，进而导致了防腐剂难以进入，增加了竹材防腐的难度。

竹材除了含有大量淀粉外，还含有比较多的其它营养物质，其中包括蛋白质1.5%～6.0%、可溶性糖类约为2%、脂肪和蜡质类为2.18%～3.55%，这些物质同样使得竹材和竹制品保存和使用时容易被细菌、真菌和虫类侵入加以破坏[25]。

1.2 竹材物理构造对防腐的影响

由于竹材节间细胞组织全部是纵向排列，没有像木材那样的径向薄壁细胞，并且射线细胞和竹材表面覆盖着富含硅和蜡质的坚硬薄层，使得防腐剂不能径向渗入。成熟竹材中胶状物质的沉积和侵填体的聚积使导管和筛管也几乎丧失横向渗透的能力。竹材纵向组织是由薄壁细胞和维管束(导管和厚壁纤维)组成，导管首尾相连，使得竹材中纵向防腐剂流动性能非常好。但是维管束在竹材内分布不均匀，外围维管束小而多，中央维管束大而少，并且离导管越远，渗透的水平也越差，这导致了防腐剂在竹材中分布不均匀。导管仅占竹材体积的10%，使得竹材防腐剂渗透总体水平比较差[25-26]，这样的构造使得防腐剂很难进入内部，即使进入也分布不均匀，正因为如此，在防腐剂分布少的地方很容易成为细菌、真菌和昆虫浸入的突破口。

2 竹材防腐剂

几十年来，竹材防腐剂无论从数量还是品种都得到了很大的发展，由于竹材和木材的化学结构和使用范围相近，致使侵害竹/木材的真菌、霉菌和昆虫种类相似，而木材防腐的研究已经远远走在竹材前面，所以竹材防腐剂大部分是借鉴于木材而来的[27]。

传统木材防腐剂包括油类防腐剂(oil-type preservative)、油载防腐剂(oil-borne preservative)和水载防腐剂(water-borne preservative)3类。其中水载防腐剂在竹材防腐中应用得最多，油载防腐剂也有一定的应用，油类防腐剂的应用未见报道。

2.1 油类防腐剂

油类防腐剂通常是煤焦油及其分馏物如煤焦杂酚油(coa1．tar-creosote)、蒽油和煤焦杂酚油与石油混合液等。油类防腐剂使用时可能有渗出现象[28]，且毒性较大，这些缺点导致油类防腐剂使用范围极度缩小，这也是竹材防腐中几乎没有使用油类防腐剂的原因。

2.2 油载防腐剂

油载防腐剂主要包括五氯酚(pentachlorophenol或penta)、环烷酸铜(copper naphthenate)等。五氯酚毒性大，如今在竹/木材行业中基本上已经淘汰了。环烷酸铜在竹材防腐中有一定的研究应用，2009王雅梅等[21]研究表明环烷酸铜在刨花板各载药量处理材的性能均超过OSB/4的要求。

2.3 水载防腐剂

水载防腐剂性能价格优越，如今已逐步取代油载防腐剂，按照成分可以分成以下3类。

2.3.1 含砷和铬的水载防腐剂

CCA(chromate copper arsenate)曾经是应用最为广泛的水载防腐剂，据2002年统计CCA (以及少量的ACZA)处理木材在美国民用市场上的份额占80%[29]。CCA价格便宜，防腐性能有极好，早在80年代以前即被使作为竹材防腐剂使用，1985年Willeitner H等[30]通过对银杏、苏格兰松、山毛榉和竹材的CCA防腐剂防腐的载药量试验，4周后，只有苏格兰松浸渍饱和，山毛榉和银杏中铜的含量很高，而竹材中铜的含量只有4%，这说明相较于木材而言，竹材防腐处理较难。Andy W.C.L等[15]的研究也证实了这一点，研究者对毛竹和南方松进行CCA防腐剂防腐处理，结果表明毛竹比南方松方法处理要困难很多，同样的处理方法，毛竹的载药量只能接近目标含量的22%。

近年来，随着对环境保护方面要求的提高，研究者也对CCA类防腐剂对环境的影响展开了研究。2001年Shang-Tzen Ch等[32]的研究表明，使用CP处理的竹材环保性能要优于CCA和CCP处理的竹材。使用CCA防腐剂会危害到人的健康和环境质量，因此被许多国家明令禁止使用。

2.3.2 基于其他金属的水载防腐剂

除了砷和铬以外，铜、锌、铁、铝金属等也可用于竹/木材防腐。通过不同的有机生物杀灭剂（包括烷基胺类、苯胺类、三唑类、2，4-二硝基苯酚等）与这些金属的氧化物或盐类进行组合成多种木材防腐剂。其中铜类防腐剂使用较多，主要有ACQ(季铵铜)和CA(铜唑)。这两类防腐剂在竹材中应用也很广泛，其防腐性能也比较好。

竹材的构造和分子组成与木材的并不完全一样，所以不同防腐剂竹/木材的防腐效果也不一样。铜基防腐剂是当前竹/木材防腐使用最多的一类防腐剂，因此寻找适合竹材的铜基防腐剂刻不容缓，2007年和2008年王雅梅等[19-20]实验得出：在不同ACQ防腐剂品种里，ACQ-B的竹材防腐性能和抗流失性最好，2007年王雅梅的研究还指出铜唑类防腐剂中对白腐菌的抗菌性最好的是CuAz-1，最差的是CuAz-2；但其对褐腐菌的抗菌性相差不大。2009年金菊婉等[21]研究指出CuAz及CuN处理的竹材定向刨花板的载药量及性能均超过OSB/4的要求，并且综合力学性能CuAz优于ACQ处理材。2000年Shang-Tzen Ch等[12]得出结论：CrO3和H3PO4是防腐剂CP和CCP竹材绿色防腐中的关键组分，使用CP（1%CrO3，1%H3PO4）处理的竹材绿色防腐性能最好。

2.3.3 有机硼类

硼类防腐剂优缺点都很明显，优点是毒性低、具有广谱抗菌性，缺点是抗流失性太差，故几乎不能应用于室外。硼类防腐剂多年前就有在竹材中应用，早在20世纪80代林科院木工所就用BB、BBF、CCB等对竹材进防腐防霉处理研究，并得出硼盐扩散型防腐剂处理毛竹的吸液率，结果表明：夏采的吸液率比冬采高[10]，2006年孙芳丽等研究认为硼酸防腐剂的竹材防腐效果不如CCC和百菌清的竹材防腐效果[17]。

3 竹材防腐处理工艺

由于竹材构造的特殊，不利于防腐剂的均匀进入，因此选择一个好的处理工艺尤为重要。常见的木材防腐处理工艺包括常压处理(non-pressure treatment)和压力处理(pressure treatment)两类。

3.1 常压处理方法

常压处理防腐主要包括扩散法、热冷槽法和真空法。20世纪90年代初期，我国竹材防腐实验一般采用常压处理，常用的有常温常压浸渍[10,12]、冷热槽法[10]。台湾学者竹材防腐研究一般采用超声波热水浴，相较传统的热水浴，超声波热水浴可以在很短的时间内达到比较高的温度[14,32]。但是常温处理单位耗时长，生产效率低，并且处理效果也不好，所以在工业竹/木材防腐处理中一般不采用常压处理。然而常压处理设备要求简单，成本低，所以竹材防腐早期研究大部分采用这种处理工艺。

3.2 压力处理方法

压力处理基本方法为满细胞法(贝塞尔法)、空细胞法(吕宾法)和半空细胞法(劳来法)。防腐处理工艺的改进大都基于基本的压力处理方法，如震荡压力法OPM、交替压力法APM、脉冲法、MSU改良空细胞、多相压力法等[34]。压力处理方法也是今天人们研究和生产的主要使用方法。在国内，2004年覃道春等[16]将毛竹试样置于CuAz溶液中，在-97.3 kPa负压下浸注1.5 h，再常压下浸泡到预定的吸药量，然后气干；2007年王雅梅等[17]先真空处理1 h，再常温常压处理3 h；2007年陈利芳等[16]采用进料→抽真空→进药→加压→抽真空→出料的处理工艺流程。2009年王雅梅等[22]把竹木素和竹纤维素置于密封烧杯中，震荡处理24 h。在国外，Andy等[15]和Mater等[31]则使用的是满细胞法，其中Andy采用1999年的AWPA标准，在绝对真空，最大压力下处理，而Mater使用的是1987年的AWPA标准。

3.3 其它处理方法

除了常压和压力处理方法外，还有一些特殊方法用于处理特殊树种。一个好的处理工艺一般可以达到两个目的，一是提高防腐剂的渗透深度，二是提高防腐剂的抗流失性。竹材属于难处理材种，可以尝试试验一些特殊处理方法以提高其渗透性，比如震荡压力法和刻痕法[24]、细菌侵蚀法[35]、预微波处理法[36]、预压缩处理法[37]。寻找适合竹材防腐处理的方法是竹材防腐研究工作中需要重点解决的问题。

4 总 结

由于竹材的加工利用性能良好，竹制品已被越来越多的用户所接受和看好，但制品腐朽霉变问题也凸显出来，为生产企业和研究人员所重视。近年来专家学者从竹材防腐的影响因素、竹材防腐剂和竹材防腐处理工艺三个方面开展了许多探索性研究工作，但任然存在不少问题，未来竹材防腐应从以下几个方面着手。

(1)竹材构造特殊并且含有大量营养物质，它们对竹材防腐影响很大，如何改善，是未来研究面临的一个难点。借助竹材改性来增强竹材耐腐性能是未来研究发展的一个方向。经过热处理改性的竹材可以很大程度上提高耐腐性，化学改性也可以提高竹材的尺寸稳定性和耐腐性。

(2)水载防腐剂是今后研究的主要方向，理想防腐剂应具有6项性能：广谱杀菌灭虫性能、低毒长效、渗透性良好、不降低竹材的物理力学及表面性能、成本低廉、不腐蚀金属。开发和寻找适合竹材的有机防腐剂也是竹材防腐剂的一个研究方向。

(3)开发新的处理工艺以增强竹材水载防腐剂的渗透性和抗流失性，研究水载防腐剂中有效成分与竹材的相互作用。压力处理方法是下一步研究的热点。

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Research progress of bamboo preservation at home and abroad

LI Neng, CHEN Yu-he, BAO Yong-jie, WU Zai-xing
(China National Bamboo Research Center, State Forestry Administratio, Hangzhou 310000, Zhejiang, China)

∶ From three aspects of influencing factors, preservatives and preservation process, the present situation of bamboo preservatives at home and abroad was reviewed. The bamboo preservation working has an important significant and will have a broad prospect. The development trends of are as followings: to reduce the nutrition content, improve the penetration of bamboo and to find a material that has the good performances, such as in good penetration, cheapness, environment friendliness, low toxicity and so on;Meanwhile, the research direction of the bamboo preservatives should be paid attention on new treatment methods which could enhance the penetration of the bamboo preservatives and the reducing leachability of bamboo preservatives.

∶ bamboo wood; bamboo wood preservation; treatment process

S782.33

A

1673-923X(2012)06-0172-05

2012-01-17

国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2010AA101701）

李 能(1985—)，男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事竹材改性的研究

陈玉和(1963—)， 男，河南信阳人，博士，研究员，主要从事竹木材加工与利用研究

[本文编校：罗 列]