国内外防腐木回收利用现状研究

左春丽

扬州工业职业技术学院

1 引言

自古以来木材就是重要的生产生活材料。对木材的利用可以追溯到人类的起源。从简单的工具到庞大的商船，对木材的利用贯穿着人类的历史轨迹。但是作为一种生物资源，木材有一定的降解性，特别是在极端的环境条件下。水、日光、真菌、昆虫都会在一定的条件下对木材的性质和结构产生破坏作用。因此，人们不断采用新的技术和材料来保护使用中的木材。最传统的方法就是使用桐油或者油漆来涂饰木材，延长木材的使用寿命。

图1

随着化学技术的进步，化学防腐剂应运而生。现今，最常用的防腐剂是水性防腐剂，通过介质水将溶解性防腐成份输送到木材中与其结合。在水份蒸发后防腐物质留于木材中起到防腐作用。低含量的水基防腐剂不会对木材的材性有任何影响，但是会对木材的颜色有一定的改变。通常用到的防腐剂有铬化砷酸铜（CCA）、胺溶铜季铵盐（ACQ）和CA 等，本文重点研究CCA和ACQ 防腐原理与回收利用现状，以期为此类防腐木的生产应用及回收处理提供一定的理论依据。

2 铬化砷酸铜--Chromated Copper Arsenate(CCA)

CCA 的应用始于19 世纪30 年代，其主要成份包括六价铬(CrO3)、铜(CuO)和砷(As2O5)。酸碱值一般在1.6 到2.7 之间[1]。最常用的类型是CCA-C。水性防腐剂与木材的结合通常叫做固化。固化过程就是六价铬还原成三价铬的过程[2]，在这个过程中，铬离子起到了氧化作用。通常铬的反应方程式可以归结为：

CCA固化后，木材中的三种主要成份以不同的形式存在，主要包括木素-CrAsO4复合物，二价铜和纤维素及木素的复合物，铬沉淀物[4、5、6]。结合后，铜离子起到防止真菌和细菌对木材的破坏；砷起到抵御昆虫破坏的作用；同时，CCA 在一定程度上有助于木材对气候的抵抗能力。

虽然CCA 对木材能起到很好的保护作用，但是其内部三种主要重金属成份对环境会有潜在的影响；用于室外环境中的CCA处理木材，其防腐成分可能会随着水份渗透到土壤中，渗透的多少取决于当地的气候、雨水、土壤酸度以及木材制品的使用时间[7]。

在使用过程中，CCA会产生一定的危害，而且当CCA处理过的木材到达使用年限需要被回收处理之际还可能造成更多的环境影响。如最常用的“直接填埋”这种处理方式，由于填埋厂本身的酸性土壤会加速CCA 成份向土壤中的渗透，继而进入地下水资源中，从而对环境健康带来负面的影响；另外的处理方式是通过燃烧将其转换为能源，但是燃烧过程会导致更高浓度的砷释放出来，则会对健康和环境带来更大的影响[8、9、10]。

随着研究的深入，CCA会带来健康风险得到共识，虽然没有确凿的证据来量化CCA 的环境风险，但舆论压力依旧使得美国和加拿大的木材防腐行业自2003 年以来自愿地不将CCA 用于住宅用木材；虽然如此，良好的防腐性能依旧使得CCA处理的木材在许多国家广泛使用，特别是各种商业和工业应用，如电线杆，栅栏，木桩结构等。

3 胺溶铜季铵盐--Alkaline Copper Quat(ACQ)

由于CCA 会对环境造成一定的破坏，CCA 的使用受到了一些限制，从而使得ACQ这种更加“绿色”、环境性能更优良的防腐产品被欧美国家广泛应用。ACQ 中没有CCA 含有的铬和砷，主要阻止细菌和真菌腐蚀的物质是铜，而季铵化合物作为铜的补充，也能起到抗菌作用，同时也是很好的杀虫剂。

在ACQ 固化到木材的过程中，胺对铜的固化起到至关重要的作用，它能使铜与木材以Cu-ethanolamine 复合物的形式结合在一起[11、12、13、14]。当ACQ溶液被注入到木材中时，它会与半纤维素和木素产生离子交换反应。铜的固化与木材中的负离子羧基和酚基有关[14、15、16]。

ACQ已经在很大程度上替代了CCA，用于处理室外用木材。相对来说，它有以下的优势：

（1）ACQ有相对均衡的抗生物侵袭性，比如应对真菌腐蚀和白蚁的破坏。

（2）ACQ能避免在处理和回收过程中，出现CCA处理木材中铬和砷等化学元素对环境的潜在影响。

（3）若使用燃烧处理，它产生的灰分中含有更少的重金属污染。

当然，ACQ 也有自身的弱项：ACQ 处理过的产品会染上绿色；ACQ会加速木材金属紧固件的腐蚀，所以铜的或者铁的紧固件必须要使用热镀锌工艺来防止ACQ对金属件的影响。

4 防腐剂处理木材的处理与回收

虽然化学防腐剂的应用可以使木材的使用寿命成倍的增长，但是木制产品到了一定的使用年限后依然需要面对如何进行后处理的问题。通常的方法就是掩埋，但是如上文提到的，防腐剂中的某些成份会对土壤和水源带来负面影响。因此，合理地回收利用防腐剂处理木制品已经受到了越来越多的关注，目前已经有多种处理方法被研究出来，其中包括燃烧回收能量、重塑木材复合物、热解处理、液化、蒸汽处理、电解回收、封闭式回收等[17、18、19]。

图2

燃烧或者热解处理会有灰分污染环境的潜在影响，所以用化学方法回收防腐剂中的有害成份成为目前主要的研究方向之一。采用化学方法将防腐剂元素从木材中提取出来，一方面可以净化木材用于随后的利用；另一方面可以将这些防腐剂成份通过配方重新利用。很多研究已经证明：合理地使用化学提取剂可以很好地将防腐剂成份从木材中分离出来[20-27]。现今的研究主要集中于如何更好地控制成本以使这种技术更好地运用到实际生产之中。

5 结束语

国外的化学防腐剂技术已经相对成熟，与其本身木材资源的广泛利用有关。我国的木材资源匮乏，有很大的比例是从国外进口用于家具、人造板、包装板、建筑用的木材等[28]。防腐剂的合理利用能很好地延长室外用木材的使用寿命、拓宽木材的应用范围，在很大程度上提高了我国对有限木质资源的优质、优效利用，节省了成本。随着防腐木的利用日益广泛，对防腐木回收利用的深入研究迫在眉睫。我国需要更好地借鉴国外的经验，规范防腐剂的生产、处理和使用过程，使其更好地促进木材产品的合理利用。