慈竹重組材防霉性能的研究

杜?；郏瑢O芳利，蔣身學(xué)

（1.南京林業(yè)大學(xué) 竹材工程研究中心，江蘇 南京 210037；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300）

竹類植物是重要的森林資源，而叢生竹是中國(guó)竹林資源的重要組成部分。叢生竹類比散生竹類具有生長(zhǎng)更快，纖維更長(zhǎng)，產(chǎn)量更高等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)叢生竹的利用主要集中在制漿造紙、園林綠化以及手編工藝品等［1］，對(duì)大徑型叢生竹板材的高效加工利用技術(shù)、竹材改性和防腐防蟲技術(shù)、竹纖維和竹炭生產(chǎn)技術(shù)等的深入研究還比較少［2－4］。竹重組材不僅可以保持竹材原有的優(yōu)良力學(xué)性能，加工性能好，還可以提高竹材的利用率［5－6］，其物理力學(xué)性能超過密度相近的木材［7］，具有成為建筑結(jié)構(gòu)用材的廣闊應(yīng)用前景。室外用竹重組材的加工工藝受到重視，尤其是竹重組材產(chǎn)品在室外環(huán)境，如光照、氧、溫度的影響下，其耐腐、防霉性能尤為重要。對(duì)室外用竹重組材進(jìn)行防霉處理，可以提高其抗霉變、腐朽及抗蟲害性能，延長(zhǎng)其使用年限［8］。國(guó)內(nèi)外對(duì)叢生竹重組材防霉性能的研究尚處于發(fā)展階段。本研究重點(diǎn)對(duì)不同處理方法的慈竹Neosinocalamus affinis重組材進(jìn)行室內(nèi)防霉實(shí)驗(yàn)，比較其防霉效果，旨在為叢生竹重組材的室外應(yīng)用及工藝改進(jìn)提供依據(jù)，為叢生竹重組材室外應(yīng)用尋找合理的防霉處理方法。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材：慈竹重組材，實(shí)驗(yàn)室自制。竹篾（厚2～4 mm，寬15～20 mm）取自四川林合益竹業(yè)有限公司，酚醛樹脂膠黏劑取自浙江諸暨光裕竹業(yè)有限公司（固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%）。先將慈竹竹篾浸膠，浸膠量為10%左右，烘至含水率為10%～15%后，在單位壓力6 MPa，溫度140℃，時(shí)間1.2 min·mm－1下壓制慈竹重組材。壓制好的慈竹重組材陳放2 d后鋸解制成50 mm×20 mm×5 mm（長(zhǎng)×寬×厚）的試樣。剪去表面毛刺，用游標(biāo)卡尺測(cè)量每塊試樣的長(zhǎng)、寬、厚（精確到0.1 mm）并編號(hào)。

試菌：試驗(yàn)菌種為木霉Trichoderma viride Pers.ex Fr，青霉Penicillium citrinum和黑曲霉Aspergillus niger V.Tiegh。所有試驗(yàn)菌種均取自浙江農(nóng)林大學(xué)微生物室，是從自然霉變的竹材上直接分離，經(jīng)純化培養(yǎng)，并經(jīng)回復(fù)接種試驗(yàn)和顯微鏡檢測(cè)鑒定所得。

防霉劑：浙江農(nóng)林大學(xué)實(shí)驗(yàn)室自制，是1種以丙環(huán)唑和戊唑醇為主劑的水性無色防霉劑（記作ZJFCI，丙環(huán)唑和戊唑醇質(zhì)量比為4∶3）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試樣的處理方法 所有竹材防霉性能測(cè)試試樣的準(zhǔn)備、處理、接種和防霉試驗(yàn)等均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18261－2000《防霉劑治木材霉菌及藍(lán)變菌的試驗(yàn)方法》進(jìn)行［9］。將ZJFC-I防霉劑設(shè)5個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度，分別為0.3%，0.6%，1.0%，2.0%，3.0%，每個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)每種試菌處理6塊竹重組材試樣。涂刷處理：用刷子將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防霉劑均勻涂刷到試樣上。常壓處理：各組試樣均采用冷浸法處理30 min，然后取出。真空處理：分別將每組試樣放入真空干燥器中，抽真空至0.1 kPa以下，保持30 min，然后吸入防霉劑，當(dāng)防霉劑溶液浸沒試樣后取出。將處理好的試樣用濾紙輕輕擦掉表面藥液，立即用電子天平稱量（精確到0.01 g）。載藥量按式（1）計(jì)算：

式（1）中：R為載藥量，g·m－2；M1為浸漬前質(zhì)量，g；M2為浸漬后質(zhì)量，g；H為試樣厚度，mm；L為試樣長(zhǎng)度，mm；W為試樣寬度，mm；C為 藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1.2.2 試樣的接種與培養(yǎng) ①試菌的制備。菌懸液制備：在無菌條件下，用接種環(huán)挑取菌絲體及孢子，放入用自來水配制的無菌水中，震蕩搖勻，使菌與無菌水混合均勻，制成菌懸液，供接種使用；試菌制備：無菌條件下，用1 mL的移液管移取0.2 mL的菌懸液注入已有培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿內(nèi)，用玻璃刮棒將菌液涂布均勻，放入溫度為26℃、濕度為92%的氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1周，供試樣接菌用。②試樣的接種與培養(yǎng)。將已滅菌的直徑為3 mm的U型管放在已長(zhǎng)滿菌絲的培養(yǎng)基上面，再在U型管上放入已滅菌的試樣，2個(gè)試樣·培養(yǎng)皿－1（試樣不重疊，寬面朝上）。接菌后立即放入培養(yǎng)箱中（溫度為28℃，濕度85%～93%），培養(yǎng)28 d。每天目測(cè)試樣上霉菌生長(zhǎng)情況，并做記錄。

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定 ①試樣被害值：試樣接菌培養(yǎng)第2天起，開始目測(cè)試菌感染面積，主要檢查試樣表面感菌程度。被害值按表1分級(jí)，被害值越低，防霉效果越高。接種某種試驗(yàn)菌，培養(yǎng)1個(gè)月后，按照表1判斷試樣被害值，評(píng)定各浸提處理方法的防霉效果。②防治效力的計(jì)算 防治效力與藥劑的藥效有關(guān)。藥劑的藥效越高，防治效力越高。防治效力按下式計(jì)算：

式（2）中：E為防治效力，%；Dt為藥劑處理試樣的平均被害值；D0為未處理對(duì)照試樣的平均被害值。對(duì)霉菌的防治效力，以對(duì)3種霉菌防治效力的算術(shù)平均數(shù)表示。

1.3 室內(nèi)水流失試驗(yàn)

試驗(yàn)參照中國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) LY/T 1283－1998《木材防腐劑對(duì)腐朽菌毒性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》中關(guān)于水溶性防腐劑的流失試驗(yàn)進(jìn)行［10］。同一藥劑相同濃度藥劑處理干燥至恒重的試樣4塊，試樣采用真空吸藥處理。處理后常溫室內(nèi)放置3 d，然后40℃烘至恒量。將每批處理的4塊試樣放置在400 mL的燒杯中，上壓玻璃片，將燒杯置于真空干燥器內(nèi)，抽真空至真空度到90 kPa以下，保持30min，然后按照50 mL·塊－1加入蒸餾水。取出后在常壓下保持24 h，移去燒杯中的水，用等量的新鮮蒸餾水取代。以后隔24 h換水1次，持續(xù)試驗(yàn)14 d。

表1 試樣霉變的分級(jí)等級(jí)Table 1 Classes of the infection value of the tested bamboo block

收集每次試驗(yàn)流失液，采用高效液相色譜（HPLC）測(cè)定ZJFC-I中有機(jī)殺菌劑的流失率，以此評(píng)定該保護(hù)劑的抗流失性能（液相色譜測(cè)定條件為：分離柱1.2 nm，淋洗液為乙腈∶甲醇∶水=50∶10∶40，波長(zhǎng)200 nm，流速 1 mL·min－1。根據(jù)下式計(jì)算其固著率：

式（3）和式（4）中：PL為流失率，%；PF為固著率，%；V為流失水總體積，mL；M為流失水中有效成分質(zhì)量濃度，kg·L－1；C為處理藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；T1為吸藥前試塊質(zhì)量，g；T2為吸藥后試塊質(zhì)量，g。固著率以慈竹重組材中丙環(huán)唑和戊唑醇的總量來計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方法的試樣對(duì)防霉劑的載藥量分析

表2表明：試樣的載藥量隨防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，經(jīng)真空處理的試樣載藥量最高，其次是常壓條件下處理的試樣，涂刷處理的試樣的載藥量最低。

表2 不同處理方法試樣的載藥量Table 2 Amount of chemicals absorbed in blocks

2.2 防霉劑的防霉效果

2.2.1 防霉劑對(duì)青霉的防治效果 由圖1可以看出：在本次試驗(yàn)中，未經(jīng)過防霉處理的試樣，在經(jīng)過1個(gè)月的防霉試驗(yàn)后，試樣平均被害值為3.0。經(jīng)防霉劑處理后，試樣的平均被害值均在2.5以下，說明防霉劑對(duì)青霉的總體防治效果較好。隨著防霉劑濃度的增大，試樣的平均被害值總體趨勢(shì)為減小。因防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，單位面積內(nèi)防霉劑的有效成分在試樣上的附著越多，對(duì)霉菌的防治效果較好。在不同防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，經(jīng)過常壓處理和真空處理過的試樣的平均被害值均小于或等于經(jīng)涂刷處理過的試樣的平均被害值。其中，防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，經(jīng)涂刷處理、常壓處理和真空處理的試樣的平均被害值分別為0.3，0.3，0，對(duì)青霉的防治效果最好。

2.2.2 防霉劑對(duì)木霉的防治效果 由圖2可以看出：在本次試驗(yàn)中，未經(jīng)過防霉處理的試樣，在經(jīng)過1個(gè)月的防霉試驗(yàn)后，試樣平均被害值為3.3。經(jīng)防霉劑處理后，試樣的平均被害值均在2.0以下，說明防霉劑對(duì)木霉的防治效果比對(duì)青霉的防治效果好。當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.6%時(shí)，經(jīng)常壓處理和真空處理的試樣的防霉效果優(yōu)于經(jīng)涂刷處理的，而當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.0%時(shí)，這一差別并不明顯。但總的來看，隨防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，試樣的防霉效果增強(qiáng)。當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.0%時(shí)，試樣的平均被害值均在1.0以下，說明防霉效果較強(qiáng)。其中，當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，經(jīng)過涂刷處理、常壓處理和真空處理的試樣的平均被害值分別為0.3，0和0，對(duì)木霉的防治效果最好。

圖1 防霉劑對(duì)青霉的防治效果Figure 1 Mold resistance of preservative against Trichoderma viride

圖2 防霉劑對(duì)木霉的防治效果Figure 2 Mold resistance of preservative against Penicillium citrinum

2.2.3 防霉劑對(duì)黑曲霉的防治效果 由圖3可以看出：在本次試驗(yàn)中，未經(jīng)過防霉處理的試樣，在經(jīng)過1個(gè)月的防霉試驗(yàn)后，試樣平均被害值為4，即失去對(duì)黑曲霉的防治效果。防霉劑對(duì)黑曲霉的防治效果不如對(duì)青霉和木霉的防治效果。但隨著防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，試樣的防霉效果也呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì)。當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，經(jīng)過1個(gè)月的防霉試驗(yàn)，試樣的平均被害值均為4，失去對(duì)黑曲霉的防治效果，而當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%和1.0%時(shí)，經(jīng)過真空處理、常壓處理和涂刷處理的試樣的防霉效果依次增強(qiáng)。當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，經(jīng)過涂刷處理、常壓處理和真空處理的試樣的平均被害值分別為0.3，0.5和0.3，防霉劑對(duì)黑曲霉的防治效果最好。

圖3 防霉劑對(duì)黑曲霉的防治效果Figure 3 Mold resistance of preservative against Aspergillus niger

2.3 防霉劑對(duì)霉菌的防治效力

從表3可以看出：防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0%時(shí)，經(jīng)過涂刷處理的試樣，其防治效力要低于常壓處理和真空處理的試樣。而質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于2.0%時(shí)，不同處理方法的試樣對(duì)霉菌的防治效力的差別并不大。但是，不同的處理方法下，隨著防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，防治效力呈增加趨勢(shì)。當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，3種處理方法對(duì)霉菌的防治效力最好，均達(dá)到90%以上。未經(jīng)過防霉處理的試樣，對(duì)霉菌的防治效力較差。在本試驗(yàn)條件下，1個(gè)月后防霉劑的防霉效果幾乎喪失。

竹重組材經(jīng)過常壓和真空處理后，能吸收更多的防霉劑且防霉劑在試樣表面的附著更均勻，對(duì)霉菌的防治效果更好。此外，在后期防霉試驗(yàn)中涂刷處理的試驗(yàn)可能流失率較高，因此，常壓處理和真空處理優(yōu)于涂刷處理，而真空處理的成本較高，因此，綜合以上各因素，在本試驗(yàn)條件下，對(duì)慈竹重組材選用防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%，常壓處理的方法最佳。

2.4 不同方法處理試樣的抗流失試驗(yàn)結(jié)果

從表4中可以看出：在本試驗(yàn)條件下，試樣吸藥量隨著防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而增加。除了防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，固著率為37.4%之外，防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%～3.0%時(shí)，防霉劑中有效成分的固著率在均為78.9%～88.8%。而且中高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防霉劑在慈竹重組材中的固著率較好，可能是因?yàn)楫?dāng)試樣中藥劑的溶劑揮發(fā)后，防霉劑有效成分在材料組織中沉積而形成固體顆粒，與低質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下形成的顆粒的體積較大而比表面積較小，因此，在單位時(shí)間內(nèi)的溶解量也較小，所以固著率較高。防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%和3.0%時(shí)，防霉劑中有效成分在試樣中的固著率分別為89.7%和88.8%，因此在本試驗(yàn)條件下，防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%以上時(shí)，試樣抗流失效果較佳。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，固著率僅為37.4%，造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于流失水中含有其他雜質(zhì)導(dǎo)致有效成分太低，也可能是測(cè)量誤差，具體原因有待于進(jìn)一步分析。

表3 防霉劑對(duì)3種霉菌的平均防治效力Table 3 Average preserving effects of the tested preservative onthe three moulds

表4 不同濃度處理的試樣抗流失試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Leaching resistance of the preservatives from different treated specimens

3 結(jié)論

結(jié)論：①試樣的載藥量隨防霉劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加，同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，經(jīng)真空處理的試樣載藥量最高，其次是常壓條件下處理的試樣，涂刷處理的試樣的載藥量最低。②防霉劑ZJFC-I對(duì)木霉和青霉的防治效果優(yōu)于對(duì)黑曲霉，其中以對(duì)木霉的防治效果為最佳。隨著防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，試樣的被害值呈減小趨勢(shì)，說明防霉效果增強(qiáng)。③防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（低于1.0%）時(shí)，常壓處理和真空處理后的試樣其防治效果優(yōu)于涂刷處理的試樣，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（高于2.0%）時(shí)，3種處理方法對(duì)霉菌的防治效果區(qū)別并不明顯，均能達(dá)到較好的防霉效果。④隨著防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，防霉效果增強(qiáng)，但當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)太大時(shí)，也不利于防霉劑在竹重組材內(nèi)的滲透。綜合考慮各因素，當(dāng)防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，采用常壓處理的方法對(duì)試樣進(jìn)行處理效果最佳。⑤防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%～3.0%時(shí)，其中有效成分的固著率均為78.9%～88.8%，防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%和3.0%時(shí)，有效成分的固著率分別為89.7%和88.8%，因此在本試驗(yàn)條件下，防霉劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%以上時(shí)，試樣抗流失效果較佳。

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