新型木材纳米防腐剂的抑菌性研究

　　摘要：论文以自我研制的新型木材防腐剂为防腐药剂，选择已经发生初期轻微蓝变的试件和没有腐朽的试件对照试验，通过施加防腐剂、接种白腐菌、软腐菌和褐腐菌实验，按照不同时间检测试件的顺纹抗压强度和失重，分析新型木材纳米防腐剂的抑菌性能及对不同菌种的抑菌效果。结果表明：该新型木材防腐剂具有一定的防腐作用，从顺纹抗压强度和失重结果比较看出，防腐剂对褐腐菌具有较好的抑菌性能，在试验近90天的时间内基本保持顺纹抗压强度不变，并且试件失重很少，可见铜对褐腐菌作用效果显著;对白腐菌和软腐菌效果不明显，需要进行防腐剂的复配进一步试验;对已发生初期轻微蓝变的试件，施加防腐剂基本没有作用。

　　关键词：木材纳米防腐剂 顺纹抗压强度 失重 抑菌性

　　木材，这种天然生长的生物有机高分子材料与人类的关系最为密切，长久以来被广泛应用于家具、装饰、建筑、交通等人类生产和生活的各个领域。然而，木材在具有众多优点的同时却容易遭受菌虫的侵害而发生腐朽霉变，严重影响了木材的使用。并且我国的木材资源短缺，如何合理高效地利用现有的木材资源更好地为人类服务，如何延长木材的使用寿命、节能减排，是摆在我们面前的首要任务。长久以来，科研工作者致力于木材防腐剂的研究开发，通过对木材施加防腐剂来提高其使用周期。随着人们环保意识的加强和地球环境压力的加大，一些对环境和人畜有不良影响的防腐剂渐渐走出人们视线，取而代之的是要研制出新型的环境友好型木材防腐剂[2]。

　　该研究使用的是一种自我研制的新型木材纳米防腐剂，具有原料尺度小、容易渗入木材孔隙、抗流失性好、环境友好等性能。本试验是将该防腐剂用于木材防腐，检验其对木腐菌、褐腐菌和软腐菌的杀菌能力，为获得高效、环保的新型木材防腐剂提供前期试验数据，为木结构建筑和木质文物的防腐修复奠定前期研究基础[1]。

　　1材料与方法

　　1.1 试验材料

　　木材纳米防腐剂：主要成分为氧化铜，采用超声复配方式制备成纳米级木材防腐剂;

　　试菌：白腐菌，褐腐菌，软腐菌

　　试材：选取工厂院内存放的桦木，分为两部分。一部分已发生初期霉变的木材，另外一部分为没有缺陷的木材，锯制成20*20*30的试件。

　　本试验共分八组试件：发生初期轻微蓝变的木材试件2组，共24根(其中不加防腐剂试件标记为A1、A2等，加防腐剂试件标记为B1、B2等);褐腐菌对比试件2组，共24根(其中不加防腐剂试件标记为HK1、HK2等，加防腐剂试件标记为H1、H2等);白腐菌对比试件2组，共24根(其中不加防腐剂试件标记为BK1、BK2等，加防腐剂试件标记为B1、B2等);软腐菌对比试件2组，共24根(其中不加防腐剂试件标记为RK1、RK2等，加防腐剂试件标记为R1、R2等)。按照要求处理试件后放入培养箱中培养，记录放入的时间，每隔一定时间分别取出每组试件3根，干燥称重，测量其顺纹抗压强度并记录数据。

　　1.2 试验设备

　　电热恒温恒湿培养箱：温度30℃士2℃，相对湿度75%-85%

　　鼓风干燥烘箱：温度105℃士2℃

　　蒸汽灭菌器:压力0.25MPa,温度138℃

　　分析天平：感量，0.01 g

　　真空泵：真空度，0.1 MPa

　　培养皿：玻璃，直径9 cm

　　培养瓶：500 mL，广口玻璃锥形瓶

　　无菌接种室及超净工作台等[4]

　　1.3 试验步骤和方法

　　将发生初期蓝变的试件按照要求，1组施加防腐剂，另外1组不加防腐剂，置于培养瓶放入培养箱中;选取另外6组试件中的3组，放在加压罐内，先抽真空，在80Kp的压力下保持30min，然后加压至1Mp，保持30min，直至木材防腐剂充分地浸入木材试件后取出，将木材表面的防腐剂擦干、称重并放入烘箱干燥;按照要求将培养的白腐、褐腐和软腐细菌接种到以上6组木材试件上，将接种后的木材试件放置于配置好的河沙培养基，置于培养瓶中，放置在恒温恒湿培养箱中，调整培养箱的温度30℃，湿度80%。图1为培养的试菌和放入培养箱中的试件。

　　将从培养箱中取出的试件，按照GB1935—91《木材顺纹抗压强度试验方法》测量试件的顺纹抗压强度，按照LY/T1283-1998《木材防腐剂对腐朽菌毒性试验方法》检测试件失重。

　　2结果与分析

　　2.1 白腐菌试验结果分析

　　图2左图为不同时间内检测的白腐菌腐朽材顺纹抗压强度，随着时间的延长白腐试件强度整体上有下降趋势，但加防腐剂试件普遍比未加防腐剂试件强度高，说明加入防腐剂可以阻止腐朽材力学强度的快速降低。因为引起白腐的真菌能使木材中木质素的含量显著减少，而作为骨架物质的纤维素和半纤维素的含量变化较小，碳的含量略微减少或很少变化，所以其强度变化较小。图2右图表示的是白腐菌腐朽材前后质量差对比图，随着时间的增加，加防腐剂试件质量逐渐减小，但是未加防腐剂试件质量不降反增。分析其原因可能是：在对腐朽试件进行真空加压注入防腐剂的过程中，木材中可能有部分抽提物流出，增加了试件的渗透性，而未加防腐剂试件没有抽真空和加压过程，试件内抽提物没有减少，渗透性没有改变，由此说明抽真空和加压对于施加的药剂更好地深入木材内部具有比较显著的效果[3];另外，将试件从培养皿中取出时没有清理干净试件表面的残留杂质，致使试验误差导致质量不降反增也是原因之一。由此说明该木材防腐剂对白腐菌有一些抑菌性，但是效果不显著。

　　2.2 软腐菌试验结果分析

　　图3左图为软腐菌腐朽材顺纹抗压强度，由图可以看到：加防腐剂试件顺纹抗压强度除第1次测定的数据外，普遍比未加防腐剂试件强度高或者持平，并且随着时间的延长(第4次检测)，没有施加防腐剂的试件强度下降显著，施加防腐剂试件的强度与初期相比基本没有变化。图3右图是测量的软腐菌腐朽材前后质量差对比图，由图可见，加防腐剂的试件由第2次检测开始质量开始下降，而且还有随着时间延长质量下降增加的趋势，而未加防腐剂的试件随着时间的增加其质量反而增加。分析其原因还是在加防腐剂时提高了木材的渗透性所致。由此说明该木材防腐剂对软腐菌有一定的抑菌作用，可以保持其顺纹抗压强度，但是对失重效果不显著。

　　2.3 褐腐菌试验结果分析

　　图4左图为测量的顺纹抗压强度，可以看到，随着时间的增加，加防腐剂试件强度并未发生明显降低，基本保持了试件的初期强度。而未加防腐剂试件强度迅速降低，降幅明显，第4次检测的强度与初期强度相比大约下降了70%。右图是试件的失重值，可以看出：随着时间的延长，加防腐剂试件质量降幅较小，而未加防腐剂试件质量降幅逐渐增大，特别是最后两次测量，可以明显看出其质量递减的趋势。原因是受褐腐菌侵蚀的木材，细胞壁中纤维素和半纤维素的含量大幅度减少，而木质素的绝对量几乎没有变化，碳的含量略微增加，木材在腐朽初期的密度一般不降低，而在某些情况下，由于木材内聚集有色素，密度甚至会提高。随着腐朽的继续发展，腐朽材的密度减小，在腐朽后期密度较正常材明显降低[5]。腐朽材的吸水性和渗透性，在腐朽初期与健全材没有明显区别，在腐朽后期吸水性增加、渗透性显著提高[6]。结合顺纹抗拉强度可以说明，该木材防腐剂对褐腐菌具有很好的抑菌效果。

　　2.4 自然蓝变试验结果分析

　　图5选取的是自然发生蓝变霉菌侵蚀的试件，由于试件上面的蓝变不多，并且放置在室内一段时间，因此大多数霉菌已经死掉。因此我们看到，加防腐剂试件强度与未加防腐剂试件强度基本没有差别，两个对照组试件质量差别也不明显，并且随着时间的增加，两种对照组试件强度和质量均未有明显下降。说明该试件上面并没有足够的蓝变菌，施加防腐剂对其基本没有影响，同时表明该防腐剂对木材蓝变没有什么作用。

　　3结论

　　通过接种白腐、软腐、褐腐菌以及选取有初期轻微蓝变的试件，对其施加研制的新型木材防腐剂，在

　　不同时间进行顺纹抗压强度和失重的检测，验证该防腐剂对不同菌种的作用效果，得到如下结论：

　　(1)研制的新型木材纳米防腐剂具有一定的防腐作用，但是防腐效果不显著，因此需要研究复配技术，继续深入进行试验;

　　(2)加入防腐剂后，褐腐菌试件的顺纹抗压强度基本保持没有下降，但是对另外白腐和软腐试件的顺纹抗压强度影响效果不明显，说明铜防腐剂对褐腐具有良好的抑菌性;

　　(3)加入防腐剂后，褐腐菌试件质量保持没有失重，另外两种试件均有失重现象产生，该防腐剂对褐腐菌的抑菌性强于另外2种细菌，单纯使用铜做防腐剂对白腐、软腐的防腐效果不显著;

　　(4)对已经发生初期轻微蓝变的试件，是否添加防腐剂基本没有影响。

　　本论文为东北林业大学本科创新项目和国家林业局948引进项目(2009-4-49)部分研究内容。

　　参考文献：

　　[1] 赵喜华，许民.纳米氧化铜粉体制备的研究，中国林业学术大会,2009,426-430.

　　[2] 蒋明亮,费本华.木材防腐的现状及研究开发方向[J].《世界林业研究》,2002,15(3):44-48.

　　[3] 李坚.木材科学[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,1994

　　[4] 中国木材标准化技术委员会.《木材防腐剂对腐朽菌毒性试验方法》[M].北京：中国标准出版社,2002.

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文章名称： 新型木材纳米防腐剂的抑菌性研究

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