植物源木材防腐劑增效技術研究進展

　　摘要：近年來，利用植物提取物制備木材防腐劑已成為木材保護研究領域的熱點。單一植物提取物制備木材防腐劑的環(huán)境穩(wěn)定性和防腐性存在局限，導致其應用總體效果較差。文中闡述國內外植物源木材防腐劑的提取物類型及其存在問題，綜述利用化學藥劑、微囊技術、納米技術等增效植物源木材防腐劑的研究現(xiàn)狀，討論當前這些技術存在的問題與不足，并展望植物源木材防腐劑的開發(fā)應用前景。

　　關鍵詞：植物提取物，木材防腐劑，增效技術

　　木材作為一種可再生的生物質材料，具有色彩明亮、觸感溫潤、紋理美觀等其他材料無法替代的優(yōu)點，廣泛應用于建筑、家具、造船、造紙等領域，在生態(tài)文明社會、國民經濟建設和人民日常生活中都起著極其重要的作用[1]。然而，木材在使用過程中極易遭受真菌腐朽和蟲蛀，導致其質量損失、力學性能下降以及發(fā)霉變色等，大大縮短了使用壽命，降低了利用價值。大量研究表明，防腐處理可使木材使用壽命延長5～6倍[2]甚至10倍以上[3]，對減少木材消耗、保護森林資源具有極其重要的意義。

　　目前，國內外市場上應用的木材防腐劑以含銅化合物為主，尤其是國內的防腐木材多以ACQ進行處理，但銅基防腐劑對耐銅腐朽菌的效果較差，且這類防腐劑的銅離子擴散會對環(huán)境和人體健康造成危害，所以無機硼鹽、有機殺菌劑和天然防腐劑是當前多數(shù)國家研究和應用的新方向[4]。其中植物提取物是天然防腐劑最重要的來源。

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　　植物源木材防腐劑是利用植物提取物通過一定方法制備的應用于木材防腐的天然防腐劑，具有可再生、安全環(huán)保、靶標性強等特點，是目前開發(fā)利用新型木材防腐劑的研究重點[5]。國內外諸多學者對植物源木材防腐劑進行了研究，主要圍繞植物種類和提取部位[6]、有效提取物篩選[7]、提取工藝優(yōu)化[8]、有效成分的分離鑒定[9]與合成[10]、防腐機理[11]、防腐劑復配增效[12]以及處理工藝[13]等方面。本文將綜述國內外植物源木材防腐劑的提取物類型及其存在問題，重點闡述利用化學藥劑、微囊技術、納米技術等增效植物源木材防腐劑的研究現(xiàn)狀，分析目前植物源木材防腐劑增效技術存在的問題與不足并據(jù)此提出研究展望，以期為加速研發(fā)和應用新型高效植物源防木材腐劑奠定基礎。

　　1植物提取物類型

　　植物是生物活性化合物的天然寶庫，次生代謝產物超過40萬種，其中萜烯類、生物堿類、類黃酮、酚類以及特異蛋白質等活性成分具有殺蟲或抗菌等功效[14]，這為植物源木材防腐劑的開發(fā)利用奠定了豐富的物質基礎。植物源木材防腐劑按照提取物類型主要分為植物精油、單寧、木材提取物和其他植物提取物。

　　1.1植物精油

　　植物精油是以蒸餾、壓榨、萃取等方式從植物中提取的揮發(fā)性次生代謝物質，主要成分為萜類，還包括醇類、醛類、烴類、醚類和酮類等，具有抗氧化、殺蟲、抗真菌等生物活性[15]。多種植物精油具有抑制木腐菌、霉菌和抗白蟻等功能，目前主要通過測試不同種類的植物精油對各種木腐菌的抑菌效果以篩選出效果好的精油。Mohareb等[16]研究了18種埃及植物精油對靈芝(Ganodermalucidum)和毛蜂窩菌(Hexagoniaapiaria)的抗菌性，結果表明，利用大果柏木、檸檬、北美香柏、加州胡椒樹、單子蒿和香葉天竺葵這6種植物葉子或果皮精油處理的蘇格蘭松邊材防腐性較好。

　　對植物精油抗白蟻方面也有研究，Ahmed等[17]利用麻瘋樹、亞麻籽、桉樹、印楝和荷荷巴的種子及樹葉精油處理3種木材，除桉葉油外，白蟻在取食其他精油處理的木材后均有死亡，其中亞麻籽油對白蟻的取食抗性和致死率最高;在田間試驗時，亞麻籽油處理的黃楊失重率較低，邊材的載藥量顯著高于心材。

　　也有學者直接利用植物精油的單體處理木材，以明確植物精油發(fā)揮防腐功能的具體物質。Zhang等[18]采用41種單萜類化合物對白腐菌毛栓菌(Trameteshirsuta)、裂褶菌(Schizphylhlscommune)和血紅孔菌(Pycnoporussanguineus)進行抑菌試驗，發(fā)現(xiàn)β-香茅醇、香葉醇、香芹酚、麝香草酚、丁香酚和檸檬醛對這3種菌均有抗性，其中香芹酚抗菌性最強。在此基礎上，Chittenden等[19]用濃度為3%的丁香酚處理輻射松木塊，暴露在3種褐腐菌中的木塊質量損失率均為1%，然而在經過流失試驗后木塊質量損失率為13.4%～23.1%，說明丁香酚具有較高的流失性，很難固著在木材內部。此外，還有許多植物精油被證明具有抑制木腐菌和抗白蟻的性能[20-23]，雖然作為植物源木材防腐劑的原材料具有廣泛的來源，但其流失性較高、耐候性較差等問題給實際生產應用也帶來了巨大挑戰(zhàn)[19,24]。

　　1.2單寧

　　單寧是一類廣泛存在于植物體內的具有類黃酮結構的天然多元酚化合物，具有防腐抑菌等功效，其主要來源于各種樹木的樹皮。Silveira等[25]研究表明，濃度為5%或10%的黑荊樹單寧處理木材后對血紅孔菌的抑制效果與商業(yè)木材防腐劑CCB相當。不同品種的單寧處理木材后對木腐菌和霉菌的抗性也不同。Anttila等[26]發(fā)現(xiàn)挪威云杉球果單寧比樹皮單寧更能抑制真菌生長，且對褐腐菌的抑制效果優(yōu)于對白腐菌和軟腐菌。

　　Tomak等[27]用4種單寧浸漬蘇格蘭松發(fā)現(xiàn)，單寧在未流失前對褐腐菌抑制有效，而對白腐菌無效，其中橡碗和板栗的抗菌效果較好，這可能是因為其中鞣花單寧含量較高;經流失試驗后，所有處理的抗菌效果顯著降低，說明單寧在木材中的固著性較差。Sen等[28]也證實當單寧單獨作為木材防腐劑時極易流失。天然單寧與化學木材防腐劑相比，其處理材的物理及機械性能效果相當[29]，可作為木材防腐劑的潛在來源，但單獨使用時對部分木腐菌和霉菌的抑制作用有限，且極易流失，往往需要加入固定劑或其他防腐劑以達到增強其效果的目的。

　　1.3木材提取物

　　木材提取物是利用有機溶劑、水蒸氣、超臨界CO2等方法從木材中抽提出的混合物的統(tǒng)稱，由于植物在長期演變和進化過程中對外界刺激的自然應激反應，致使一些樹種木材內部產生抗真菌腐爛和昆蟲腐爛的活性物質，其主要位于心材中，這為天然或人工合成植物源木材防腐劑提供了原材料來源。Rodrigues等[30]研究了亞馬遜森林中7種木材提取物的天然耐腐性，結果表明，乳桑、齒葉風鈴木和赤桂楠等6種木材提取物對軟腐菌有較好的抑制作用，當進行褐腐試驗時，濃度為5.1g/L的齒葉風鈴木提取物處理的赤松耐腐性較好，木材質量損失率僅為1.6%。

　　李權[31]利用甲醇、三氯甲烷等5種溶劑萃取樟樹木質部進行防腐試驗發(fā)現(xiàn)，當濃度為10%時5種溶劑提取物處理的毛白楊對彩絨革蓋菌的防腐效果均達到I級強耐腐水平，而對密粘褶菌的抑制效果稍差。Brocco等[32]利用乙醇從巴西柚木心材的機械加工廢料中獲得提取物浸漬柚木和松木邊材后發(fā)現(xiàn)，其對白腐菌和褐腐菌抑制明顯，而對軟腐菌無效。Maoz等[33]用阿拉斯加扁柏、西方檜柏、翠柏和美洲花柏的木材提取物處理花旗松邊材，證實這些提取物可有效抑制擬青霉屬、木霉屬等6類霉菌的生長，但它仍不能完全保護木材免受真菌侵害。綜上所述，多種木材提取物具有一定的抑菌效果，可用于低耐久性木材的防腐處理，但木材提取物作為木材防腐劑尚存在生物活性的多樣性和不一致性、易流失性、對部分菌種效果較差以及所需濃度較大等問題。

　　2植物源木材防腐劑增效技術

　　當植物提取物直接作為木材防腐劑使用時，存在抗蟲菌范圍窄、所需濃度高、易降解、易流失、藥效期短、對外界環(huán)境因素(如溫度、空氣濕度、光照、雨淋等)敏感等種種不足，致使由植物提取物制備的木材防腐劑總體效果較差，從而限制其應用范圍。為了克服這些缺點，研究者從各方面做了很多提升和增強植物源木材防腐劑效果的研究。植物源木材防腐劑增效技術是把植物提取物與化學藥劑或納米材料進行功能性復配，亦或是將其本身制備成納米結構或性能穩(wěn)定的微囊結構的一種提質增效技術，以保障植物源木材防腐劑在實際應用中的防腐性和耐久性。目前，國內外針對植物源木材防腐劑的增效技術研究主要包括以下幾個方面。

　　3結語及研究展望

　　目前，國內外對植物源木材防腐劑的研究尚處于探索階段，研究深度和廣度不足，多數(shù)研究尚處于實驗室階段，離實踐應用還有很大距離。

　　1)植物提取物與化學試劑復配，操作簡單，容易實現(xiàn)，在未來一段時期內仍將是植物源木材防腐劑增效研究的主要方向。目前，所研究植物提取物多為混合物，提取物有效成分的分離鑒定與合成技術還不成熟，其活性成分的結構和功能尚不清楚，且不同植物提取物與不同化學試劑復配機理和功效也不盡相同，這給植物源木材防腐劑復配增效帶來諸多不便。其次，多種防腐劑復配會使防腐劑的黏度增大，存在不易浸入木材的現(xiàn)象，應充分考慮2種或多種防腐劑的相容性。

　　2)微囊技術制備木材防腐劑的起步較晚，存在微囊包埋率低、粒徑大小不易控制、熱穩(wěn)定性不高等，以及微囊防腐劑在木材中的應用固著機理不夠清晰、藥劑釋放控制較難和緩釋效果不理想等諸多問題。其次，需要解決納米微囊技術制備防腐劑的成本較高、壁材以及輔助材料的環(huán)保性等問題。

　　3)納米木材防腐劑的合成與表征技術研究還不夠成熟，存在一些亟待解決的問題，如納米粒子易團聚、與木材結合力弱等。其次，植物提取物與納米金屬材料復配可能會對環(huán)境和人體健康造成危害以及高昂的成本等問題，需要進一步探討。

　　4)由于植物源木材防腐劑自身的穩(wěn)定性、固著性較差等缺陷，當用熱處理或與其他物質復配等方法處理木材時，可能會對植物提取物活性成分的穩(wěn)定性和有效性帶來一定負面影響，值得研究者重視。隨著人們對環(huán)境保護和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展意識不斷增強，開發(fā)利用環(huán)保型木材防腐劑已成為21世紀木材保護領域的必然趨勢。

　　植物源木材防腐劑具有多層生態(tài)效應的特點，其可再生、可降解以及對環(huán)境危害較小甚至無害等優(yōu)點，可實現(xiàn)對有毒化學防腐劑的有效替代;可以從工業(yè)廢料(如咖啡銀皮、魔芋飛粉等)中獲得原料促進產業(yè)循環(huán)發(fā)展;對保護木材、節(jié)約木材、提高木材利用率、保護森林資源和促進林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。目前，在植物源木材防腐劑基礎理論研究、技術和法律體系等方面仍存在一定的不足，但隨著研究不斷深入和技術不斷革新以及法律體系不斷健全，這些不足將會逐一得以解決，植物源木材防腐劑具有廣闊的市場應用前景。

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　　作者：羅忠友余麗萍李利芬吳志剛

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