环保防腐剂处理木材的耐腐性能研究∗

王双永 李 明 张 涛 张景朋 邓 昊 周海宾

（1.中国林业科学研究院木材工业研究所，北京 100091；2.中国林业科学研究院，北京 100091;3.北京市古代建筑研究所，北京 100032）

古建筑、民居作为既有建筑，是我国传统文化的一部分，有着极其珍贵的文物价值和历史记忆。在这些既有建筑中，都使用了梁、柱等各种类型的木构件[1-5]。木构件均由木材制作而成，在日光、雨水、气温等环境因素和生物因子作用下，木构件会发生腐朽，导致其结构功能丧失，不仅影响建筑的耐久性，甚至还会危及到建筑结构安全。因此，对木构件，尤其是易于发生腐朽侵害的木构件，防腐处理显得至关重要[6-11]。

目前市场上比较常用的低毒环保型防腐剂主要有铜唑和季铵铜（ACQ）两种水溶性防腐剂，常用处理工艺为加压浸渍处理，适用于新制作木构件的防腐处理[12-16]。本文分别采用两种防腐剂浸渍处理马尾松标准试件，并对处理试件进行载药量测定和防腐质量评价，研究不同浓度、不同类型的防腐剂对处理木材耐腐性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料[17-18]

铜唑防腐剂(铜、戊唑醇和丙环唑，比例96.1:1.95:1.95)，实验室调配，溶液浓度分别稀释为0%(对照组)、0.05%、0.1%、0.14%、0.2%；季铵铜ACQ防腐剂(铜和季铵盐DDAC，比例：2:1)，实验室调配，溶液浓度分别稀释为0%(对照组)、0.2%、0.32%、0.54%、0.9%。

马尾松(Pinus massoniana Lamb.)，智恒鸿创(北京)商贸有限公司，树龄大于20年，选取健康、无节、年轮分布较均匀的边材，20 mm×20 mm×10 mm(顺纹方向)标准试样。

试菌菌种：实验室培养；白腐菌——黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，褐腐菌——密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)。

1.2 设备[19]

高压灭菌锅，型号：CL-40M，日本/ALP公司；超净工作台，型号：AURA S.D.4，意大利/EuroClone；真空干燥箱，型号：DZF6092，上海一恒科学仪器有限公司；电子天平，型号：BSM-220.4，上海数谊电子衡器公司。

1.3 试验方法

试验参照LY/T 1283—2011《木材防腐剂对腐朽菌毒性试验室试验方法》进行[20]。通过测定经防腐剂处理的木材受腐朽菌侵染后造成的木材质量损失，确定该防腐剂能有效防止所选腐朽菌对处理木材腐朽的最小用量（即毒性极限值）。

1.3.1 载药量测试

采用真空处理方法，处理工艺如下：

1）将马尾松标准试样放入浸渍装置中，注入防腐剂药液，置于真空干燥箱中，马尾松试件抽真空至-0.09 MPa，保持压力30 min，然后恢复常压浸渍5 min；

2）处理完毕后取出马尾松试样，用滤纸擦去表面药液，称重，计算试件载药量，非单一有效成分制剂的载药量为各有效成分载药量之和；

3）将处理后的试样置于通风处，气干21 d。试样中防腐剂的载药量计算如下式：

式中：R ——试样中防腐剂的载药量，kg/m3；

m1——试样吸药前质量，g；

m2——试样吸药后质量，g；

c——防腐剂溶液浓度（质量分数），%；

V——防腐处理试样体积，cm3。

1.3.2 耐腐试验

将相同载药量梯度的试样装在一个培养皿里，加5 mL蒸馏水，用滤纸包好，放入高压灭菌锅（105±2）℃灭菌1 h。超净工作台上，将灭过菌的试样置于长满菌丝的饲木上，塞好塞子，在温度（28±2）℃，相对湿度75%～85%条件下培养12 周。

经12 周腐朽后，从培养瓶中取出试样，小心刮去表面的菌丝和杂质，在（103±2）℃的条件下烘干至恒重，准确称量试件质量（精确到0.000 1 g）。

试样腐朽后的质量损失率按下式计算：

式中：L——试样质量损失率，%；

m3——试样腐朽前恒重质量，g；

m4——试样腐朽后恒重质量，g。

腐朽等级评定标准参见表1。

表1 腐朽等级评定标准 Tab.1 Decay grading evaluation standards

2 结果与分析

2.1 载药量与质量损失率

分别对铜唑防腐剂处理后的马尾松试样与ACQ防腐剂处理后的马尾松试样进行载药量和质量损失率测定，结果如表2～3 所示。

表2 铜唑防腐剂处理试样结果 Tab.2 Results of treating samples with copper azole preservative

表3 ACQ防腐剂处理试样结果 Tab.3 Results of treating samples with ACQ preservative

2.2 防腐剂浓度与类型对木材耐腐性能的影响

对表2～3 数据进行整理，获得防腐剂类型、浓度、腐朽菌种与木材防腐质量之间的相互关系，如图1 所示。

Fig.1 Anti-corrosion quality evaluation curves of pinus massoniana

由图1 可知，无论是采用铜唑还是ACQ防腐剂浸渍处理马尾松木材，其载药量均随防腐剂浓度的提高而增长，说明两种水溶性防腐剂的固着率直接与有效成分浓度呈正相关。浓度为0.05%的铜唑防腐剂和浓度为0.2%的ACQ防腐剂处理试件的耐腐等级均与对照组相同，抑菌效果不显著。浓度不低于0.1%的铜唑防腐剂和浓度不低于0.32%的ACQ防腐剂处理后的马尾松试件，经腐朽菌腐朽后，其质量损失率均低于5%，说明相应浓度的两种防腐剂对白腐菌与褐腐菌的抑菌效果十分显著，达到强耐腐等级；此条件下的测试结果显示处理木材质量损失率受防腐剂浓度影响不显著，可能与试验过程中的其他因素有关。但是，所使用的铜唑防腐剂浓度远低于ACQ防腐剂浓度，这在实际应用中是非常重要的。

2.3 防腐剂成本比较

在保证防腐质量的前提下，成本是选用绿色环保防腐剂的主要影响因素。结合市场调研以及原材料成本核算，浓度为8.3%的铜唑防腐剂和浓度为15%的ACQ防腐剂平均单价均为11 600 元/t。通过浓度换算可推算出不同浓度铜唑和ACQ防腐剂对应的成本单价，如表4 所示。

表4 防腐剂成本单价对比 Tab.4 Comparison for cost unit price of preservatives

对图1 和表4 综合分析可知，在防腐效果基本一致的情况下，所需铜唑防腐剂浓度较低，而ACQ防腐剂所需浓度较高；相比而言，选用低浓度的铜唑防腐剂成本较低，对环境影响可能更小，更加适合于古建筑木构件防腐处理等工程应用。

3 结论

1）无论是采用铜唑还是ACQ防腐剂，随着防腐剂浓度的增加，马尾松试件载药量呈增长趋势但不显著；浓度不低于0.1%的铜唑防腐剂和浓度不低于0.32%的ACQ防腐剂处理试件，其质量损失率均低于5%。试验表明：一定浓度下防腐剂处理试件可达到强耐腐等级。

2）铜唑和ACQ两种环保型防腐剂处理的马尾松木材均能达到强耐腐等级，防腐处理效果显著。相比而言，选用铜唑防腐剂可降低成本，对环境影响小，故铜唑防腐剂可广泛应用于古建筑及传统民居中木构件的防护工程中。

3）采用浸渍处理工艺研究环保防腐剂处理木材的耐腐性能，达到了预期效果。今后可考虑将表面涂刷工艺应用于既有建筑木构件防腐处理的可行性研究。