竹材防霉处理技术现状与展望∗

王皓炜 于志明 张 扬 唐睿琳 刘源松

（北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083 )

我国竹类资源十分丰富。竹材具有可再生、成材快、强度高、产量大、易加工等优势，被广泛应用于建筑、造纸、纺织、家具等领域[1-3]。然而，竹材中淀粉、蛋白质、糖类与脂肪含量较高，客观上提供了霉菌生长繁殖的营养物质，导致竹材在加工、运输和使用等过程中极易发生霉变[4]。竹材霉变类型不一，霉菌在竹材表面呈不规则的零星状或块状分布，表层多为黑色或褐色[5]。竹材霉变不但破坏了竹材及各类竹制品的外观色泽与自然纹理，还在一定程度上降低了其冲击韧性等力学性能[6]，严重影响竹材及各类竹制品的使用价值和经济价值。因此竹材防霉处理对其产业化发展具有重要意义。本文对近年来竹材防霉处理技术现状进行综述，并对竹材防霉处理技术未来发展方向进行了展望，以期为推进竹材防霉处理技术进步提供参考。

1 竹材霉变基础性研究

从提高竹材防霉性能角度出发，学者们对竹材霉菌菌种、霉变特性等开展了大量研究。

1.1 竹材霉菌菌种及生理特性研究

竹材霉菌种类丰富，其中青霉（Penicillium）、木霉（Trichoderma）与曲霉（Aspergillus）为竹材主要的致霉菌[7-9]。吴开云等[10]最早开始专门鉴定竹材霉菌种类，确认了黄曲霉（Aspergillus flavus）、球毛壳（Chaetomium globosum）、链 格 孢 菌（Alternaria）、桔青霉（Qenicillium citrinum）、产黄青霉（Penicillium Chrysogenum）、绳状青霉（Penicillium funiculosum）和冻土毛霉（Mucor hiemalis）等10 种真菌为竹材的重要霉菌。付惠等[11]对云南5种竹材的霉菌进行分离鉴定，得到35 种真菌，仅青霉属就达7 种。马星霞等[12]采用分子生物学方法，鉴定竹材的主要霉菌为木霉属、曲霉属与青霉属。

霉菌的致霉能力与霉变的竹材基质和环境条件息息相关[13]。翁月霞等[14]对竹材进行霉菌接种试验，发现霉菌在不同竹种、部位、竹龄的竹材上表现出极其显著的致霉性差异。

竹材霉菌适宜生长的温度15～30 ℃，孢子萌发率由相对湿度70%到相对湿度93%逐渐提高。Ma[15]对竹材霉菌进行了生物学特性的研究，研究表明, 竹材霉菌的生长最适温度为28 ℃，最适酸碱度在5～8 之间，碳素与氮素对霉菌的生长分泌有一定影响。

1.2 竹材霉变特性

竹材霉变是一个复杂的生物过程[16]。与木材相比，竹材的节间细胞组织全部纵向排列，缺少像木材一样的径向分布的薄壁细胞和射线细胞，因此导管是霉菌菌丝在竹材中蔓延的主要通道。竹材霉变主要由霉菌菌丝通过管孔进入竹材内部，并在竹材导管中不断蔓延生长；霉菌菌丝穿过导管胞壁的纹孔，在环境适宜、营养物质充足的薄壁细胞等其他组织结构的细胞中生长蔓延和繁殖产孢，并逐步少量分解竹材的纤维素、半纤维素等成分[17]。

霉变对竹材的破坏小于腐朽，霉菌对竹材的侵蚀不会引起竹材各种化学组分的大量降解与力学性能的显著降低[18]，这是因为霉菌只能降解竹材的纤维素与半纤维素，而难以降解木质化的细胞壁，所以霉变对竹材的强度没有太大影响。

2 竹材传统防霉处理技术

竹材传统防霉处理，主要通过防霉剂抑制霉菌生长，甚至毒杀霉菌来实现防霉效果。竹材传统防霉处理技术研究，主要集中在防霉剂种类与应用、防霉处理工艺和在竹质复合材料中的应用等方面。

2.1 防霉剂种类与应用

目前常用的竹材防霉剂一般分为熏剂型、焦油型、油溶型和水溶型4 种[19-20]。

熏剂型防霉剂主要有氨水和硫磺，作用于竹材表面，简便易行，但防霉剂难以渗透竹材内部，且环保性较差；焦油型防霉剂主要有煤杂酚油、焦化油等，耐久性较好，但严重危害人体健康；油溶型防霉剂主要包括五氯苯酚、百菌清等，具有持久的抗霉能力，然而对人体具有极大的毒性且成本较高；水溶型防霉剂主要包括铬化砷酸铜（CCA）、铜唑（CA）等，是目前应用最广泛的一种防霉剂，具有价格低廉、无刺激性气味等优势，但抗流失性较差，会对环境与人体健康产生一定危害。

已有研究针对不同防霉剂处理竹材后的防霉效果进行比较。刘培培[21]选用3 种不同防霉剂处理毛竹，结果表明：戊二醛和阻燃剂FRW的防霉性能较好，柠檬酸/蔗糖混合处理防霉效果比较一般。

将添加剂加入防霉剂中实现协同防霉，可以进一步提高防霉剂处理竹材后的防霉效果[22]。李瑜瑶等[23]将埃洛石纳米管加入防霉剂IPBC中，提高了IPBC的有效吸附与抗流失性，从而改善了防霉剂的防霉性能。Sun等[24]研究经壳聚糖-铜络合物和丙环唑复合处理的竹材的抗霉性，发现混合防霉剂表现出良好的协同作用，极大提高了防霉性能。

2.2 防霉处理工艺对竹材防霉性能的影响

传统的防霉处理工艺主要包括涂刷、浸渍、加压处理、高温处理等[6]。

马红霞等[25]选用4种防霉剂处理丛生竹梁山慈竹，研究不同处理工艺对竹材防霉效果的影响，发现采用加压浸渍处理得到梁山慈竹的防霉效果优于表面浸渍处理。许斌等[26]对丛生竹采用防霉剂涂刷、浸渍、加压浸渍处理，发现加压浸渍处理可在短时间内吸收较多的防霉液而起到持久的防霉效果。刘彬彬等[27]以丙环唑为防霉药剂，在高温条件下对竹材进行浸渍处理并测试竹材的防霉性能，发现高温处理对丙环唑的防霉效果有一定的提升作用，因此丙环唑处理的竹材在热压工艺温度下加工不影响其防霉效果。

2.3 传统防霉处理技术在竹质复合材料中的应用

竹材传统防霉处理技术在重组竹、竹材定向刨花板和竹制层积材等竹质复合材料中也得到了不同程度的应用。张建等[28]制备了由5 种不同防霉剂处理的重组竹，发现处理后的重组竹抑菌效果有明显提升，且随着防霉剂溶液浓度和压力的增加而增加。赵总等[29]采用防霉剂分别以3 种处理方法制备酚醛树脂竹定向刨花板和脲醛树脂竹定向刨花板，发现对试件作防霉剂表面处理的抑菌效果最好。安鑫等[30]分析不同的防霉处理方式对竹帘层积材防霉性能的影响，发现5%有机碘化物与硝化纤维清漆联合涂刷处理后的竹帘层积材对霉菌的抑菌效果十分显著。

3 竹材新型防霉处理技术

竹材传统防霉处理技术具有显著的防霉效果，然而防霉剂毒性大、环保性差等缺陷限制了传统防霉处理技术的进一步应用[31]。近年来，无机纳米防霉、生物防霉剂防霉、γ射线辐照防霉、超声防霉等竹材新型防霉处理技术取得了许多研究成果。

3.1 无机纳米防霉技术

随着纳米技术的广泛应用和不断发展，纳米技术已逐渐应用到竹材加工领域。无机纳米防霉技术通过在竹材表面原位形成生长结构有序的纳米防霉薄膜，达到灭菌防霉的目的，具备低毒性、热稳定性、杀菌力强等优势。常用的无机纳米材料有TiO2、ZnO、Ag、CuO等。宋烨等[32]采用溶胶-凝胶法在竹材表面形成纳米二氧化钛薄膜，有效破坏表面吸附霉菌的结构，从而提高竹材防霉性能。余雁等[33]在低温溶液反应体系下通过晶种形成和晶体生长两步法在竹材表面培育ZnO纳米结构薄膜，使得竹材防霉效果明显增强。

3.2 生物防霉剂防霉技术

竹材的生物防霉剂防霉技术是指利用生物分泌物或提取物，如樟树叶抽提物、竹醋、植物精油等生物防霉剂处理竹材，增强竹材防霉性能的一种防霉技术，具有无毒、环境友好等独特优势与良好的应用前景。Shiah[34]等研究发现，经从毛竹中提取的竹醋浸泡后的竹材对霉菌有一定的抑制作用，且随着浸泡时间的增加，抗霉性增强。王安可等[35]选用杂熏衣草、茶树和尤加利精油处理竹材，观察到经3 种精油处理后的竹材均表现出卓越的防霉性能。Ouyang等人[36]发现黄芩素对3 种竹材霉菌具有很好的抑制效果，可作为一种潜在的天然生物防霉剂。

3.3 γ射线辐照防霉技术

竹材的γ射线辐照防霉技术是指利用γ射线对竹材进行照射处理，在灭菌杀虫的同时破坏竹材表面营养物质，能够快捷、高效地实现竹材防霉，而且有利于环保及节约能源。刘秀清等[37]通过不同剂量的60Co-γ射线辐照处理毛竹，发现经3kGy辐照后刷桐油处理的竹材防霉效果显著提高。

3.4 超声处理防霉技术

竹材的超声处理防霉技术是指采用超声方法对竹材进行处理，提高竹材渗透性，去除竹材中淀粉等霉菌所需营养物质，从而提高竹材的防霉性能，该防霉技术环保无公害。Guan等[38]采用6 种不同的超声工艺对竹材进行处理，发现超声处理可以破坏淀粉颗粒，使其凝胶化并从超声处理后扩大的纹孔中流出，减少了霉菌所需要的营养物质，从而大大降低竹材霉变率。

3.5 其他竹材新型防霉技术

竹材新型防霉技术还有臭氧处理防霉、微波处理防霉等。加拿大学者Hoang等[39]发现在臭氧环境中长时间暴露后的竹材的化学成分会有一定改变，使竹材具备了一定的防霉性能。程文正等[40-41]分别采用水煮、双氧水浸泡、紫外线照射和微波照射对竹料进行处理并对比，发现微波照射可以穿透入竹材内部，消灭各类霉菌及其孢子，使竹材抗霉性大大提高。

4 展望

竹材防霉处理技术在近些年来取得了许多研究成果，具有广阔发展前景，未来的研究方向可以概括为以下三个方面：

4.1 加强竹材霉变基础性研究

竹材的霉变菌种及其生物学特性、霉变特性与机理的研究是竹材防霉处理技术的基础，应不断加强竹材霉变基础性研究。针对导致竹材霉变的菌种及其促生因子、生长特性做进一步探究，从源头上消灭霉菌或改变霉菌赖以生存的各种条件；对竹材与木材不同的霉变过程与机理进行对比，更加合理地选择适合竹材的防霉剂与防霉处理工艺；制定霉变程度分级标准量化防霉处理效力，为防霉剂的研发、防霉处理工艺的筛选等提供参考。

4.2 开发新型竹材防霉剂

针对目前使用的竹材防霉剂大多是高毒性的特点，应着重通过研制新型防霉剂、对传统防霉剂进行改性、利用复合防霉剂协同防霉等手段综合开发竹材防霉剂，将防霉剂环保性差、毒性大等缺陷最小化。如研发环保、高效、低毒，对多种霉菌都有效且对人体健康与环境危害极小甚至无害的环境友好型防霉剂；从功能性角度考虑可以研发多效复合防霉剂，如集防腐、防蛀、防霉、阻燃于一体型的多效防霉剂，以同时改善多种性能。

4.3 探索新型竹材防霉技术

无机纳米防霉、射线辐照防霉、超声防霉等竹材新型防霉技术极大地避免了防霉处理过程中对人体和环境的危害，具有良好的发展潜力，但目前尚处于探索阶段，并未形成成熟的工艺体系，仍存在诸多技术缺陷与限制因素，需要进一步对其防霉抑霉机理与处理工艺进行研究，对其安全性与环境友好性进行评估，以最终实现具备环保、精准、高效的环境响应型防霉处理技术。