慈竹重組材防霉性能的研究

杜?；?，孫芳利，蔣身學

（1.南京林業大學 竹材工程研究中心，江蘇 南京 210037；2.浙江農林大學 工程學院，浙江 臨安 311300）

竹類植物是重要的森林資源，而叢生竹是中國竹林資源的重要組成部分。叢生竹類比散生竹類具有生長更快，纖維更長，產量更高等優點。目前，國內外對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］，對大徑型叢生竹板材的高效加工利用技術、竹材改性和防腐防蟲技術、竹纖維和竹炭生產技術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良力學性能，加工性能好，還可以提高竹材的利用率［5－6］，其物理力學性能超過密度相近的木材［7］，具有成為建筑結構用材的廣闊應用前景。室外用竹重組材的加工工藝受到重視，尤其是竹重組材產品在室外環境，如光照、氧、溫度的影響下，其耐腐、防霉性能尤為重要。對室外用竹重組材進行防霉處理，可以提高其抗霉變、腐朽及抗蟲害性能，延長其使用年限［8］。國內外對叢生竹重組材防霉性能的研究尚處于發展階段。本研究重點對不同處理方法的慈竹Neosinocalamus affinis重組材進行室內防霉實驗，比較其防霉效果，旨在為叢生竹重組材的室外應用及工藝改進提供依據，為叢生竹重組材室外應用尋找合理的防霉處理方法。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試材：慈竹重組材，實驗室自制。竹篾（厚2～4 mm，寬15～20 mm）取自四川林合益竹業有限公司，酚醛樹脂膠黏劑取自浙江諸暨光裕竹業有限公司（固體質量分數為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×寬×厚）的試樣。剪去表面毛刺，用游標卡尺測量每塊試樣的長、寬、厚（精確到0.1 mm）并編號。

試菌：試驗菌種為木霉Trichoderma viride Pers.ex Fr，青霉Penicillium citrinum和黑曲霉Aspergillus niger V.Tiegh。所有試驗菌種均取自浙江農林大學微生物室，是從自然霉變的竹材上直接分離，經純化培養，并經回復接種試驗和顯微鏡檢測鑒定所得。

防霉劑：浙江農林大學實驗室自制，是1種以丙環唑和戊唑醇為主劑的水性無色防霉劑（記作ZJFCI，丙環唑和戊唑醇質量比為4∶3）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣的處理方法 所有竹材防霉性能測試試樣的準備、處理、接種和防霉試驗等均按照國家標準GB/T 18261－2000《防霉劑治木材霉菌及藍變菌的試驗方法》進行［9］。將ZJFC-I防霉劑設5個質量分數梯度，分別為0.3%，0.6%，1.0%，2.0%，3.0%，每個質量分數每種試菌處理6塊竹重組材試樣。涂刷處理：用刷子將不同質量分數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）計算：

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

1.2.2 試樣的接種與培養 ①試菌的制備。菌懸液制備：在無菌條件下，用接種環挑取菌絲體及孢子，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基的培養皿內，用玻璃刮棒將菌液涂布均勻，放入溫度為26℃、濕度為92%的氣候培養箱中培養1周，供試樣接菌用。②試樣的接種與培養。將已滅菌的直徑為3 mm的U型管放在已長滿菌絲的培養基上面，再在U型管上放入已滅菌的試樣，2個試樣·培養皿－1（試樣不重疊，寬面朝上）。接菌后立即放入培養箱中（溫度為28℃，濕度85%～93%），培養28 d。每天目測試樣上霉菌生長情況，并做記錄。

1.2.3 試驗結果評定 ①試樣被害值：試樣接菌培養第2天起，開始目測試菌感染面積，主要檢查試樣表面感菌程度。被害值按表1分級，被害值越低，防霉效果越高。接種某種試驗菌，培養1個月后，按照表1判斷試樣被害值，評定各浸提處理方法的防霉效果。②防治效力的計算 防治效力與藥劑的藥效有關。藥劑的藥效越高，防治效力越高。防治效力按下式計算：

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

1.3 室內水流失試驗

試驗參照中國林業行業標準 LY/T 1283－1998《木材防腐劑對腐朽菌毒性實驗室試驗方法》中關于水溶性防腐劑的流失試驗進行［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，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，持續試驗14 d。

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

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

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量濃度，kg·L－1；C為處理藥液質量分數，%；T1為吸藥前試塊質量，g；T2為吸藥后試塊質量，g。固著率以慈竹重組材中丙環唑和戊唑醇的總量來計算。

2 結果與分析

2.1 不同處理方法的試樣對防霉劑的載藥量分析

表2表明：試樣的載藥量隨防霉劑質量分數的增加而增加。同一質量分數下，經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 防霉劑對青霉的防治效果 由圖1可以看出：在本次試驗中，未經過防霉處理的試樣，在經過1個月的防霉試驗后，試樣平均被害值為3.0。經防霉劑處理后，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為減小。因防霉劑質量分數越大，單位面積內防霉劑的有效成分在試樣上的附著越多，對霉菌的防治效果較好。在不同防霉劑質量分數下，經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涂刷處理過的試樣的平均被害值。其中，防霉劑質量分數為3.0%時，經涂刷處理、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，對青霉的防治效果最好。

2.2.2 防霉劑對木霉的防治效果 由圖2可以看出：在本次試驗中，未經過防霉處理的試樣，在經過1個月的防霉試驗后，試樣平均被害值為3.3。經防霉劑處理后，試樣的平均被害值均在2.0以下，說明防霉劑對木霉的防治效果比對青霉的防治效果好。當防霉劑質量分數低于0.6%時，經常壓處理和真空處理的試樣的防霉效果優于經涂刷處理的，而當防霉劑質量分數高于1.0%時，這一差別并不明顯。但總的來看，隨防霉劑質量分數的增加，試樣的防霉效果增強。當防霉劑質量分數超過1.0%時，試樣的平均被害值均在1.0以下，說明防霉效果較強。其中，當防霉劑質量分數為3.0%時，經過涂刷處理、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，對木霉的防治效果最好。

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

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

2.2.3 防霉劑對黑曲霉的防治效果 由圖3可以看出：在本次試驗中，未經過防霉處理的試樣，在經過1個月的防霉試驗后，試樣平均被害值為4，即失去對黑曲霉的防治效果。防霉劑對黑曲霉的防治效果不如對青霉和木霉的防治效果。但隨著防霉劑質量分數的增加，試樣的防霉效果也呈現增強的趨勢。當防霉劑質量分數為0.3%時，經過1個月的防霉試驗，試樣的平均被害值均為4，失去對黑曲霉的防治效果，而當防霉劑質量分數為0.6%和1.0%時，經過真空處理、常壓處理和涂刷處理的試樣的防霉效果依次增強。當防霉劑質量分數為3.0%時，經過涂刷處理、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，防霉劑對黑曲霉的防治效果最好。

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

2.3 防霉劑對霉菌的防治效力

從表3可以看出：防霉劑質量分數低于1.0%時，經過涂刷處理的試樣，其防治效力要低于常壓處理和真空處理的試樣。而質量分數高于2.0%時，不同處理方法的試樣對霉菌的防治效力的差別并不大。但是，不同的處理方法下，隨著防霉劑質量分數的增加，防治效力呈增加趨勢。當防霉劑質量分數為3.0%時，3種處理方法對霉菌的防治效力最好，均達到90%以上。未經過防霉處理的試樣，對霉菌的防治效力較差。在本試驗條件下，1個月后防霉劑的防霉效果幾乎喪失。

竹重組材經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，對霉菌的防治效果更好。此外，在后期防霉試驗中涂刷處理的試驗可能流失率較高，因此，常壓處理和真空處理優于涂刷處理，而真空處理的成本較高，因此，綜合以上各因素，在本試驗條件下，對慈竹重組材選用防霉劑質量分數為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結果

從表4中可以看出：在本試驗條件下，試樣吸藥量隨著防霉劑質量分數的升高而增加。除了防霉劑質量分數為0.3%時，固著率為37.4%之外，防霉劑質量分數為0.6%～3.0%時，防霉劑中有效成分的固著率在均為78.9%～88.8%。而且中高質量分數的防霉劑在慈竹重組材中的固著率較好，可能是因為當試樣中藥劑的溶劑揮發后，防霉劑有效成分在材料組織中沉積而形成固體顆粒，與低質量分數相比，高質量分數條件下形成的顆粒的體積較大而比表面積較小，因此，在單位時間內的溶解量也較小，所以固著率較高。防霉劑質量分數為2.0%和3.0%時，防霉劑中有效成分在試樣中的固著率分別為89.7%和88.8%，因此在本試驗條件下，防霉劑質量分數為2.0%以上時，試樣抗流失效果較佳。質量分數為0.3%時，固著率僅為37.4%，造成這一現象的原因可能是由于流失水中含有其他雜質導致有效成分太低，也可能是測量誤差，具體原因有待于進一步分析。

表3 防霉劑對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結果Table 4 Leaching resistance of the preservatives from different treated specimens

3 結論

結論：①試樣的載藥量隨防霉劑的質量分數增加而增加，同一質量分數下，經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對木霉和青霉的防治效果優于對黑曲霉，其中以對木霉的防治效果為最佳。隨著防霉劑質量分數的增加，試樣的被害值呈減小趨勢，說明防霉效果增強。③防霉劑質量分數較低（低于1.0%）時，常壓處理和真空處理后的試樣其防治效果優于涂刷處理的試樣，但質量分數較高（高于2.0%）時，3種處理方法對霉菌的防治效果區別并不明顯，均能達到較好的防霉效果。④隨著防霉劑質量分數的增加，防霉效果增強，但當防霉劑質量分數太大時，也不利于防霉劑在竹重組材內的滲透。綜合考慮各因素，當防霉劑質量分數為3.0%時，采用常壓處理的方法對試樣進行處理效果最佳。⑤防霉劑質量分數為0.6%～3.0%時，其中有效成分的固著率均為78.9%～88.8%，防霉劑質量分數為2.0%和3.0%時，有效成分的固著率分別為89.7%和88.8%，因此在本試驗條件下，防霉劑質量分數為2.0%以上時，試樣抗流失效果較佳。

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