熱改性橡膠木防止粉蠹蟲害分析

李冠君 李彤彤 李民 李曉文 秦韶山 李家寧

摘 要 考察熱改性橡膠木在海南島自然環境下遭受粉蠹蟲害的程度、熱改性前后木材淀粉和游離糖含量變化。結果表明：橡膠木素材未經過傳統的硼化物加壓浸注防腐處理，1 a后遭受粉蠹蟲蛀，185 ℃/3 h和215 ℃/3 h熱改性的炭化橡膠木在海南自然條件下放置3.5 a，試材未受到粉蠹蟲危害。橡膠木素材中淀粉含量為6.69%，蔗糖占索氏抽提成分比例9.96%，經過高溫熱改性后，其淀粉與蔗糖含量大幅度降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低為1.03%、蔗糖占索氏抽提成份比例降低為0.67%。

關鍵詞 熱改性；橡膠木；粉蠹蟲；淀粉；蔗糖

中圖分類號 S781.4 文獻標識碼 A

The Susceptibility of Heat Modification Rubberwood to

Powder Post Beetles Attack

LI Guanjun， LI Tongtong， LI Min， LI Xiaowen，

QIN Shaoshan， LI Jianing *

Rubber Research Institute， CATAS / State Engineering and Technology Research

Center for Key Tropical Crops， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract This paper investigated the susceptibility of heat modification rubberwood attacked by powder-post beetles in Hainan Province. The results indicated that the rubberwood which was not treatmented with boric acid or borax was attacked by powder-post beetles after one year. While three years later， the heat treatment rubberwood at 185 ℃/3 h and 215 ℃/3 h was not attacked under the natural environment in Hainan. The starch and sucrose content of fresh rubberwood was 6.69% and 9.96%， while they were significantly reduced after high-temperature thermal modofication. The starch and sucrose content was 1.03% and 0.67% after 3 h thermal modification at 200 ℃。

Key words heat modification； rubberwood； powder post beetles； starch； sucrose

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.01.020

木材熱改性處理是近年來產量較大的商業化木材改性技術之一[1-3]，通過熱改性能有效提高處理木材的尺寸穩定性、耐腐性，并改變木材的顏色，賦予其熱帶硬木的色澤[4]。粉蠢蟲是世界性木材害蟲，國內黃河以南危害比較嚴重，許多種闊葉樹，如豆科及桑科的邊材、榆樹、白蠟樹、黃桐和橡膠木等以及竹材和藤材等常受粉蠢蟲危害[5-6]。水浸法保存原木及鋸材是我國民間傳統的防蛀方法，但浸水時間較長[7]，工業上一般采用化學防蟲藥劑加壓浸注處理[8-9]。

筆者在研究熱改性對橡膠木材性作用的基礎上[10-11]，進一步考察高溫熱改性對炭化橡膠木防止粉蠢蟲蟲害的作用，并測定熱改性前后橡膠木中淀粉和游離糖含量變化，為新一代橡膠木初加工工藝研發和推廣提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試材為35年生人工林橡膠樹（Hevea brasiliensis），采自中國熱帶農科院試驗場5隊，品系‘PR107。在橡膠研究所橡膠木材工程中心中試工廠制材實驗區隨機選取未防腐處理的橡膠木鋸材，分為：小規格（厚度2.5 cm）、方條（厚度5.5 cm）和自然板（厚度3.5 cm），低溫窯干至含水率12%，備用。

1.2 方法

1.2.1 對照處理 常規窯干橡膠木小規格料（厚度2.5 cm，60 ℃干燥），寬度5.5 cm和7.5 cm兩種，長度60～100 cm，數量200塊。

1.2.2 熱改性 將試材堆垛置入容量0.3 m3不銹鋼炭化箱中（江蘇星楠），待測試件放置于處理箱中部，并按以下3種方式放入橡膠木商品材：（1）185 ℃，處理3 h，規格為65 cm×5.5 cm×5.5 cm，數量為100塊；（2）200 ℃，處理3 h，厚度3.5 cm，長度100～130 cm的梯形整邊鋸材，數量為30塊；（3）215 ℃，處理3 h，厚度3.5 cm，長度100～130 cm的梯形整邊鋸材，數量30塊。3次試驗過程木材初含水率、升溫速度、降溫過程等工藝均相同。

1.2.3 蟲害現場試驗 （1）試驗木材堆垛放置在橡膠研究所木材工程中心1號木材蟲害室內試驗室，實驗室有一面墻體為磚砌的半通透窗與戶外連通。所有試材自下而上一層對照處理橡膠木，一層熱改性橡膠木分層堆垛，不同溫度熱改性處理的橡膠木也分層堆積，材堆上部3層均為對照橡膠木，對照試材用于吸引粉蠹蟲并對蟲害程度進行評價。試驗方法部分參考“GBT 18261-2000 防霉劑防治木材霉菌及藍變菌的試驗方法”中野外現場試驗試件堆垛的方法，每年拆跺檢驗1次。（2）將熱改性橡膠木試件各1塊（規格10 cm×10 cm×2 cm）[10]與未經過硼化物防蟲處理的對照試件5塊，一同放置于與1號實驗室相鄰的2號實驗室內，自然遭受蟲害，該實驗室內還存放較多的橡膠木與其他木材。

試驗開始時間為2012年3月26日，于2013年3月7日、2014年3月27日、2015年9月26日各觀察記錄1次，按照木材表面被粉蠹蟲蛀面積的百分比統計蟲害程度，蟲害木材的質量變化作為參考。

1.2.4 項目測定 熱改性木材淀粉和游離糖含量變化：采用722G紫外分光光度計及液相色譜分析橡膠木中的淀粉和游離糖[12]，分別測定橡膠木素材和熱改性處理后橡膠木的淀粉和游離糖的含量。

2 結果與分析

海南儋州屬熱帶海島季風氣候，年均氣溫23.2 ℃，年均降水1 815 mm，鱗毛粉蠹等粉蠹蟲尤為活躍、常見，成蟲易在木材表面的管孔中產卵，對具有較大管孔木材的邊材危害最烈，卵孵化后，幼蟲隨即鉆進木材內危害，使木材內部蛀成粉末[6-7]。表1為處理橡膠木淀粉和游離糖含量變化及室內放置3.5 a粉蠹蟲蛀程度。對照橡膠木素材未經傳統的硼化物加壓浸注防腐處理，1 a后遭受粉蠹蟲蛀，200塊試材每一塊的蟲蛀面積均超過50%，試材表面布滿蟲蛀留下的木粉，3.5 a后蟲蛀程度加重，不僅蟲蛀面積增加，木材內部基本上已被蛀蟲排泄物充滿，喪失強度，觸之即碎。185 ℃/3 h和215 ℃/3 h的熱改性試材，去除上層對照試件落下的白色蟲粉，表面無蟲蛀的孔洞和蟲粉，木材外觀與試驗初期無變化，試材未受到粉蠹蟲危害。

2號實驗室內放置了185 ℃和200 ℃的熱改性橡膠木，其處理時間為3 h，3.5 a后，對照橡膠木亦遭受嚴重蟲害，木材基本成為粉末，不同處理的熱改性橡膠木試塊表面隨機出現幾處與木材紋理平行的蟲蛀痕跡，其尺寸寬5 mm，長10 mm，深2～3 mm，但均在表面較淺層，未進入木材內部的孔洞，木材基本完整。

橡膠木素材中的淀粉含量為6.69%，蔗糖和果糖占水索氏抽提成份分別為9.96%、4.13%，經過高溫熱改性后，其含量均大幅降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低至1.03%、蔗糖和果糖占水索氏抽提成份比例降低為0.67%、1.09%。

作為天然橡膠栽培的產物之一，橡膠木由于富含6.59～11.25%的淀粉和1.05～2.29%的游離糖，且淀粉含量在不同植株、同一樹干不同部位和不同高度差異不顯著[12]，木材極易遭受粉蠹蟲危害，制作的家具很快蟲蛀損壞，以前只能作為燃料。20世紀70年代以來，中國和馬來西亞、泰國等采用硼化物作為橡膠木的化學改性劑加壓處理進行防蟲處理，配合防霉劑防止木材藍變，使得橡膠木成功地從薪炭材變為商品鋸材，成為一種性價比高、可持續利用的人工林木材，目前廣泛應用于國內外家具及室內裝修，工業上一般每立方米橡膠木硼酸和硼砂的載藥量分別為2 kg和4 kg[8-9]。

1號實驗室放置的熱改性處理185 ℃和215 ℃橡膠木在熱帶海南島粉蠹蟲活躍地區保存3 a多而未受到蟲害，而對照1 a后即全部被蟲蛀，2號實驗室的熱改性橡膠木表面有少量蟲蛀痕跡，但蟲并未進入木材內部，且遭受蟲蛀的對照木材表面蟲孔小于1號實驗室對照試材，根據文獻報道，海南島發現的粉蠹蟲有5種[5]，推測可能是不同種的粉蠹蟲蛀所致。2個不同實驗室研究結果表明，熱處理賦予了橡膠木防止蠹蟲的功能。熱改性是一種物理方法，處理過程僅用熱源和水蒸氣，炭化木的尺寸穩定性和耐腐性提高，但木材的強度有一定損失[13]，根據產品的用途，控制好熱改性工藝條件，可以達到兼顧產品性能和防止粉蠹蟲的平衡點。

松木和橡膠木等熱改性材不能抵抗白蟻[12-14]。在中國，白蟻主要分布于長江以南，黃河以北較少見，危害較輕，而粉蠹蟲在高緯度地區仍然有分布，若制作餐桌和沙發等木制品，白蟻由于怕光等無法蛀蝕室內的桌椅，往往危害地板和天花板等無法移動的木制品。現代橡膠木加工廠一般都擁有足夠的干燥能力，原木鋸材后3～5 d內即可進窯干燥，發霉和藍變的情況較少，由于炭化處理后木材顏色加深，與原有淺色橡膠木相比，由于色差接近，即使少量藍變也不影響炭化木使用。因此，對于制作桌椅、沙發等橡膠木傳統木制品，僅經過熱改性后，有望作為一種無化學處理劑而尺寸穩定性優良的木材進行工業化應用。對于大規模生產，橡膠木屬易干木材，可通過高溫干燥和熱改性聯合工藝高效生產炭化木，成本與傳統防腐處理工藝增加不多。

熱處理后，橡膠木中淀粉和游離糖含量大幅減少，可能是其具有防止粉蠹蟲害的重要原因。施振華等研究表明，粉蠹蟲雖依靠取食木材為生，但體內缺乏纖維素酶，不能消化纖維素和木質素，細胞內含物（淀粉、糖等）是其主要營養成份，大量纖維素和木質素通過消化道后變成粉未排出體外。另外，粉蠹幼蟲在人工飼料中，添加淀粉及游離糖的，體重增加較多，而不添加則體重減輕，故含淀粉少的木材也不易受粉蠹蟲害[5，7]。考慮到自然條件下，不同種類粉蠹蟲蛀木材的選擇性和生物不確定性，以及木材由于熱化學反應，產生了少量新的抽提化學成分[15-16]，如糠醛等，干擾了粉蠹蟲對木材的識別或對木材中淀粉等營養物質的吸收，使其不再蛀蝕木材或不愿進入木材內部。熱改性過程產生的新物質對防止蠹蟲的作用，有待進一步試驗。

3 結論

橡膠木素材未經過傳統的硼化物加壓浸注防腐處理，1 a后遭受粉蠹蟲蛀，喪失強度，185 ℃/3 h和215 ℃/3 h熱改性的炭化橡膠木在海南自然條件下放置3.5 a，試材未受到粉蠹蟲危害。

橡膠木素材中的淀粉含量為6.69%，蔗糖和果糖占水索氏抽提成分比例分別為9.96%、4.13%，經過高溫熱改性后，其含量均大幅度降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低至1.03%、蔗糖和果糖占水索氏抽提成份比例降低為0.67%、1.09%。

經過熱改性處理初步表明，熱改性炭化橡膠木不經其他處理具備抗粉蠹蟲的能力，及生產耐久性桌椅等木制品的工業化應用前景。

致 謝 感謝上海木材工業研究所馬心教授和陳翠、朱智峰同志對本文的指導和幫助！

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