新型防腐劑對橡膠木材防腐性能探究及展望

摘要： 隨著公眾環(huán)保意識的提升和全球木材需求的增長，開發(fā)新型環(huán)保且高效的橡膠木材防腐劑成為研究熱點(diǎn)。本文探討了新型防腐劑在橡膠木材保護(hù)中的應(yīng)用，涵蓋了天然防腐劑、化學(xué)合成防腐劑、基于納米技術(shù)的防腐劑和生物技術(shù)基防腐劑。研究表明，這些新型防腐劑能有效提高木材的耐腐蝕性和持久性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了選擇防腐劑時(shí)需考慮其環(huán)境友好性和可持續(xù)性。未來研究應(yīng)關(guān)注低環(huán)境影響、高效能防腐劑的開發(fā)，以及防腐劑在實(shí)際應(yīng)用中的長期效果。

關(guān)鍵詞： 橡膠木材； 新型防腐劑； 天然防腐劑； 化學(xué)合成防腐劑； 納米技術(shù)； 生物技術(shù)

中圖分類號： S 782. 33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：1001 - 9499（2024）05 - 0058 - 03

隨著全球木材需求的不斷增長，橡膠木因其優(yōu)良的物理和機(jī)械性能而成為重要的木材資源之一[ 1 ]。橡膠木廣泛應(yīng)用于家具制造、建筑材料等領(lǐng)域，但是橡膠木自身所含的糖分和淀粉含量高，為真菌等生物提供了豐富的養(yǎng)分，導(dǎo)致其極易受到真菌等生物的危害。其持久性和耐腐性成為限制其更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。盡管傳統(tǒng)的防腐劑在防止木材腐朽和蟲害方面具有一定的效果，但它們常含有對環(huán)境和人體健康有害的化學(xué)物質(zhì)[ 2 ]。此外，隨著環(huán)保法規(guī)的加強(qiáng)和公眾環(huán)保意識的提升，開發(fā)新型防腐劑，特別是那些更加安全、環(huán)保且高效的產(chǎn)品，已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)[ 3 ]。

本文旨在探討和展望新型防腐劑在橡膠木材防腐中的應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注防腐劑的種類、作用機(jī)理、應(yīng)用效果以及環(huán)境友好性和可持續(xù)性。通過深入分析各類新型防腐劑的性能，旨在為橡膠木材的可持續(xù)利用和防腐處理提供科學(xué)依據(jù)和新思路，同時(shí)為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和行業(yè)實(shí)踐者提供參考。

1 新型防腐劑的種類與作用機(jī)理

在過去幾十年里，隨著化學(xué)、生物科技和納米科技的迅速發(fā)展，新型防腐劑的種類和應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)顯著擴(kuò)展，為橡膠木材提供了更高效、更環(huán)保的防腐解決方案。這些新型防腐劑可大致分為以下四類：

（1）天然防腐劑：這類防腐劑主要來源于植物、動物或微生物，包括各類天然油脂、酚類化合物、生物堿等[ 4 ， 5 ]。它們通常因其較低的環(huán)境影響和良好的生物相容性而受到青睞。例如，茶樹油是一種被廣泛研究的植物提取物，已被證明能夠有效抑制木材中的微生物活動。朱德明等人研究表明，茶樹油能破壞微生物細(xì)胞膜，抑制其生長，從而保護(hù)木材不受腐敗[ 4 ]。但這類防腐劑面臨提取成本高、穩(wěn)定性和在不同環(huán)境條件下防腐效能變化的挑戰(zhàn)。

（2）化學(xué)合成防腐劑：這些防腐劑通過化學(xué)方法合成，種類繁多，包括銅基、砷基和鉻基化合物等[ 6 ， 7 ]。近年來，環(huán)境安全意識的提升促進(jìn)了無毒或低毒化學(xué)合成防腐劑的開發(fā)，例如，銅-鉻-砷（CCA）化合物是一種傳統(tǒng)的化學(xué)合成防腐劑，具有悠久的應(yīng)用歷史。東婉茹等人開發(fā)了基于銅的無砷無鉻防腐劑作為更安全的替代品[ 6 ]。這些防腐劑不僅具有強(qiáng)大的穿透力和長效保護(hù)能力，還減少了對環(huán)境的不良影響。

（3）基于納米技術(shù)的防腐劑：納米技術(shù)的應(yīng)用有效提高了防腐劑的性能，通過將防腐化合物納米化，增強(qiáng)了其在木材中的分散性、穩(wěn)定性和生物利用率[ 8 ， 9 ]。例如，納米銀的抗菌效果已在多項(xiàng)研究中得到驗(yàn)證[ 8 ]。納米銀離子能夠穿透微生物細(xì)胞壁，干擾其正常功能，從而有效抑制微生物生長。其在木材防腐領(lǐng)域的應(yīng)用展示了納米技術(shù)在提升防腐劑性能方面的潛力。

（4）生物技術(shù)基防腐劑：利用基因工程或微生物發(fā)酵等生物工程方法生產(chǎn)的防腐劑，某些木霉菌株能夠產(chǎn)生具有防腐效果的次級代謝產(chǎn)物[ 10 ， 11 ]。這些微生物或其代謝產(chǎn)物的應(yīng)用為木材防腐提供了一種環(huán)境友好的選擇，但其穩(wěn)定性、效率以及大規(guī)模應(yīng)用的可行性仍需進(jìn)一步研究。

盡管每種新型防腐劑都有其獨(dú)特的作用機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域，但共同的目標(biāo)是通過物理、化學(xué)或生物途徑有效保護(hù)橡膠木材免受微生物和害蟲的侵害。選擇合適的防腐劑需要綜合考慮其防腐效果、應(yīng)用安全性、成本效益以及環(huán)境影響。

2 新型防腐劑在橡膠木材中的防腐應(yīng)用效果與評價(jià)

新型防腐劑在橡膠木材中的應(yīng)用已顯示出顯著的效果，不同類型的防腐劑針對不同的腐敗因子（如細(xì)菌、真菌、昆蟲等）展示了各自的優(yōu)勢。

特定的天然防腐劑（植物提取物）能有效抑制橡膠木材中的微生物生長。朱德明等人研究探討了茶樹油作為天然防腐劑在橡膠木材中的應(yīng)用[ 4 ]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過茶樹油處理的橡膠木材在經(jīng)歷高濕環(huán)境后，其抗真菌活性顯著提高，木材的腐朽程度明顯低于未處理樣本。此研究表明，茶樹油是一種有效的天然防腐劑，可以提高橡膠木材的抗真菌能力，延長其使用壽命。盡管天然防腐劑環(huán)保性較高，但其穩(wěn)定性和持久性需進(jìn)一步研究改進(jìn)。

新型化學(xué)合成防腐劑，特別是低毒性的產(chǎn)品，在保護(hù)橡膠木材方面表現(xiàn)出色。研究顯示，該防腐劑能夠深入木材內(nèi)部，有效阻止真菌和細(xì)菌的生長[ 6 ]。在長達(dá)一年的室外暴露測試中，處理過的木材顯示出極佳的耐久性，其結(jié)構(gòu)完整性和外觀均優(yōu)于對照組。這證明了該化學(xué)合成防腐劑在提升橡膠木材耐候性和延長使用壽命方面的有效性。這些防腐劑可有效對抗微生物和蟲害，提高木材耐久性，同時(shí)必須持續(xù)評估其對環(huán)境和健康的影響。

納米防腐劑憑借其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在木材保護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)越的性能，納米銀離子能顯著增強(qiáng)木材的抗菌性。王磊等人的實(shí)驗(yàn)中，納米銀處理的橡膠木樣本在高濕度和溫度條件下展示出強(qiáng)大的抗菌效果，有效減緩了木材的腐敗進(jìn)程[ 9 ]。這突顯了納米技術(shù)在提高木材防腐性能方面的潛力。

生物工程技術(shù)產(chǎn)生的防腐劑，如特定微生物或酶，為木材提供了高效生物防護(hù)。劉于莜等人研究了特定的微生物防腐劑產(chǎn)生天然抗真菌化合物，用于防治木材中的真菌侵害[ 10 ]。在一系列實(shí)驗(yàn)中，這種微生物防腐劑展示了優(yōu)異的防腐效果，特別是在防止白腐和棕腐真菌侵襲方面表現(xiàn)突出。這些發(fā)現(xiàn)支持了利用生物技術(shù)開發(fā)防腐劑的可行性和有效性。生物技術(shù)基防腐劑環(huán)保性高，但其效率和適用性需經(jīng)過嚴(yán)格研究和實(shí)踐驗(yàn)證。

通過對各類新型防腐劑在橡膠木材中應(yīng)用的評價(jià)可以看出，雖然每種防腐劑都有其優(yōu)勢和局限性，但整體上，新型防腐劑為木材保護(hù)提供了更多選擇，特別是在提升環(huán)境友好性和安全性方面。

3 新型防腐劑的環(huán)境友好性與可持續(xù)性

隨著環(huán)保意識的提升，新型防腐劑的環(huán)境友好性與可持續(xù)性成為評估其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)[ 12 - 14 ]。在評估過程中，不同類型的防腐劑展現(xiàn)出各自的特點(diǎn)與挑戰(zhàn)。

首先，天然防腐劑通常來源于自然，如植物提取物和微生物代謝物，因其較低的生態(tài)毒性和生物可降解性，通常被認(rèn)為是較為可持續(xù)的選擇。然而，這些防腐劑在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。具體來說，大量采集自然資源可能導(dǎo)致生態(tài)平衡受損，而提取過程中使用的溶劑和能源消耗也需進(jìn)行環(huán)境成本評估。此外，天然防腐劑在不同環(huán)境條件下的防腐效能和穩(wěn)定性可能變化，這要求對其長期效果進(jìn)行更深入的研究。

其次，化學(xué)合成防腐劑雖然效果顯著，但環(huán)境影響一直是科學(xué)研究和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。新一代化學(xué)防腐劑，如無砷無鉻的銅基化合物，力圖減少有害化學(xué)物質(zhì)的使用，但其生產(chǎn)、應(yīng)用和廢棄處理過程仍可能帶來顯著的環(huán)境影響。這些防腐劑在環(huán)境中的降解速率、對非靶標(biāo)生物的潛在影響以及可能的生物積累，都是需要仔細(xì)評估的關(guān)鍵因素。

再次，基于納米技術(shù)的防腐劑因其卓越的防腐性能而受到關(guān)注。然而，納米材料的獨(dú)特性質(zhì)可能在自然環(huán)境中表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的行為。這些材料的環(huán)境行為、生態(tài)毒性以及長期影響尚不明確，需要通過專門的方法和持久的研究來評估其環(huán)境友好性和可持續(xù)性。

最后，生物技術(shù)基防腐劑，如使用特定微生物或酶處理木材，利用了可再生資源并具備生物降解性，通常被視為環(huán)保的選擇。盡管如此，這類防腐劑的生產(chǎn)過程中能源消耗、可能產(chǎn)生的副產(chǎn)品及其在特定環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和效率仍需詳細(xì)評估，以確保其真正達(dá)到可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。

4 探究與展望

基于對新型防腐劑在橡膠木材中的應(yīng)用研究，本文深入分析了其種類、作用機(jī)理、應(yīng)用效果以及環(huán)境友好性和可持續(xù)性。研究表明，新型防腐劑如天然防腐劑、化學(xué)合成防腐劑、基于納米技術(shù)的防腐劑以及生物技術(shù)基防腐劑在提升橡膠木材的防腐性能方面具有顯著效果。這些防腐劑能有效抵抗微生物侵害，并提高木材的耐久性。

然而，盡管新型防腐劑表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐能力，它們在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，天然防腐劑雖環(huán)保但效力不穩(wěn)定，其提取成本高且難以在所有環(huán)境條件下保持效果?；瘜W(xué)合成防腐劑雖效果顯著，但對環(huán)境和人體的潛在負(fù)面影響仍是一個(gè)重要考慮因素。納米技術(shù)基防腐劑盡管展現(xiàn)了前所未有的防腐潛力，但其安全性、生態(tài)影響及長期環(huán)境行為尚不明確。生物技術(shù)基防腐劑雖具有高環(huán)保性，但其生產(chǎn)效率、成本控制以及在復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用效果需要進(jìn)一步研究。

選擇合適的防腐劑需綜合考慮這些因素，以達(dá)到最佳的木材保護(hù)效果。同時(shí)，環(huán)境友好性和可持續(xù)性是當(dāng)前和未來發(fā)展新型防腐劑的重要方向。理想的防腐劑應(yīng)在保持高效防腐性能的同時(shí)，最小化對環(huán)境和人體健康的潛在影響。

在新型防腐劑的研發(fā)和應(yīng)用方面，必須繼續(xù)深化研究，以解決現(xiàn)有防腐劑面臨的挑戰(zhàn)并優(yōu)化其性能。未來的工作應(yīng)側(cè)重于以下幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：首先，需要對天然防腐劑進(jìn)行更多的穩(wěn)定性和成本效益研究，以便其在商業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用更為可行。其次，對于化學(xué)合成防腐劑，研究應(yīng)集中于開發(fā)更安全、環(huán)境負(fù)荷更低的化合物，同時(shí)不犧牲其防腐效果。對于基于納米技術(shù)的防腐劑，重點(diǎn)應(yīng)放在徹底評估其長期環(huán)境和生態(tài)影響上。此外，生物技術(shù)基防腐劑的開發(fā)應(yīng)著重提高其大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，確保其能在不同的環(huán)境條件下維持高效性和穩(wěn)定性。

政策制定者和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)共同努力，制定支持環(huán)保防腐劑研發(fā)的政策和激勵(lì)措施，確保新型防腐劑的市場推廣與應(yīng)用符合安全和效能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，加強(qiáng)公眾教育和宣傳活動，提升社會對環(huán)保型防腐劑的認(rèn)識和接受度，是推動該領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的另一個(gè)重要方面。通過這些綜合措施，我們可以不僅提升橡膠木材的防腐性能，還能確保環(huán)保防腐技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和實(shí)踐，促進(jìn)木材保護(hù)與環(huán)境可持續(xù)性的和諧共進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李玉棟. 我國木材防腐工業(yè)的狀況、 問題與對策［J］. 木材工業(yè)， 2004（1）： 20 - 23.

［2］ 曾霞， 鄭服叢， 黃茂芳， 等. 世界天然橡膠技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.中國熱帶農(nóng)業(yè)， 2014（1）： 31 - 36.

［3］ 鮑敏振， 陳玉和， 李能， 等. 竹材防腐技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)， 2019， 34（6）： 197 - 201

［4］ 朱德明， 丁麗， 匡鈺， 等. 茶樹油對芭蕉炭疽菌菌絲生長和孢子萌發(fā)的抑制活性［J］. 食品研究與開發(fā)， 2008（6）： 134 - 137.

［5］ 羅忠友. 飛龍掌血葉片抑菌活性成分的提取及其木材防腐功能初探［D］. 貴陽： 貴州大學(xué)， 2022.

［6］ 東婉茹， 許民. 納米銅-鋅防腐劑聯(lián)合酚醛樹脂對橡膠木性能的影響［J］. 林業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2019， 4（1）： 39 - 44.

［7］ 秦理哲， 胡拉， 楊章旗， 等. 季銨銅防腐劑對馬尾松木材化學(xué)性質(zhì)的影響［J］. 森林與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2019， 39（6）： 667 - 672.

［8］ 陳晨， 程旭， 王立朝， 等. 改性納米復(fù)合防腐劑對木材耐腐性能的研究［J］. 森林工程， 2022， 38（6）： 61 - 68.

［9］ 王磊， 趙曉琪， 王雅梅. 環(huán)境響應(yīng)型納米載體材料的緩控釋特性及其木材保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用前景［J］. 林產(chǎn)工業(yè)， 2022， 59（9）： 19 - 24.

［10］ 劉于莜， 王小燕， 云虹. 生物基防腐技術(shù)的研究進(jìn)展及其在木包裝中的應(yīng)用展望［J］. 包裝工程， 2023， 44（3）： 8 - 15.

［11］ 黃從迅. 基于芽孢桿菌的木材真菌腐朽生物防治的初步研究［D］. 哈爾濱： 東北林業(yè)大學(xué)， 2022.

［12］ 王雙永， 李明， 張濤， 等. 環(huán)保防腐劑處理木材的耐腐性能研究［J］. 林產(chǎn)工業(yè)， 2020， 57（5）： 21 - 23.

［13］ 孫芳利， PROSPER Nayebare Kakwara， 吳華平， 等. 木竹材防腐技術(shù)研究概述［J］. 林業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2017， 2（5）： 1 - 8.

［14］ 汪騰， 王磊， 王雅梅. 殼聚糖在木材防腐中的應(yīng)用［J］. 林產(chǎn)工業(yè)， 2023， 60（7）： 75 - 78.