鲍滨福小组研发系列新型木竹材保护剂

2011-7-11 09:54 来源: 科学时报
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  木竹材保护主要通过防腐、干燥、阻燃和改性等手段实现。节约和合理利用木竹材资源,对建设资源节约和环境友好型社会,保护森林资源、改善生态环境具有现实意义。在国家自然科学基金等多个项目的资助下,浙江农林大学教授鲍滨福领衔的团队经过十多年攻关,成功研发出系列新型木竹材保护剂,解决了现有木竹材保护剂毒性大、易流失等共性难题。

  巨大的木竹保护市场

  木竹等材料取材、加工方便,因而成为人类使用最古老的建筑材料之一,中国古建筑的构架大多数也为木结构。但在使用过程中,木材和竹材都容易遭受真菌侵袭而腐朽、霉变,严重影响使用寿命。为解决这一问题,木竹材往往都要进行防腐、防霉等保护处理。

  我国开展木材保护尤其在木材防腐方面历史悠久。在古代木材防腐方面,有防腐剂浸泡、防腐剂涂刷和炭化处理多种方法。从1911年在津浦铁路大槐树地区建设国内第一家枕木防腐厂算起,我国大规模工业化木材防腐已有百年历史。但以水载型木材防腐剂、木材改性等新技术、新工艺为主的现代木材保护研究和应用只有十几年时间。

  目前我国年木材总消耗量超过3亿立方米,其中建筑用材、农用支护、采矿坑木、家具、装饰等消耗木材占2/3左右,这些木材基本上没有进行防腐处理。国外通常15%以上的木材经过防腐处理,有的国家甚至高达50%。一方面我国木材资源匮乏,另一方面我国木材使用过程中浪费惊人。

  按照2005年国务院转发国家发改委等12部门《关于加快推进木材节约和代用工作意见》中,要求到2010年我国木材防腐比例占国内商品木材产量的5%左右推算,我国木竹防腐和保护市场潜力巨大。

  近年来我国大力提倡和鼓励对木材进行防腐、防虫(蚁)、防霉、干燥、阻燃、改性等保护处理。在此情况下,我国现代木材保护工业从无到有,发展快速,目前,木材防腐企业已发展到340多家,防腐木材年生产能力已超过600万立方米。近两年,每年向社会提供防腐木材超过200万立方米,按延长木材使用期限3~8倍测算,每年至少可节约木材1000万立方米。

  兼顾长效和低毒

  经过防腐处理的木竹材可用于阳台地面、花园地台及道路、户外桌椅、栏杆、公园亭台楼榭、桥梁、亲水平台、花架、户外垃圾箱等。而且木竹材所构成的局部环境最接近自然,更符合人们的审美追求。在经济发达地区,木制房屋、木制建筑和景观设施正逐步兴起。

  “木材在户外作为景观使用,必须经过防腐处理才更经济、更耐用、更安全。”浙江农林大学副校长鲍滨福教授说,“以前,市场上的竹木材使用的保护剂主要是欧美已禁用的铜铬砷、五氯酚钠等含有毒物质的药剂,而且关键技术都掌握在国外技术人员手中。所以我们的研究重点是找到兼顾长效、低毒的保护剂。”

  中国竹类种植面积和竹产业产值均为世界第一,种植面积达500 多万公顷,目前年产值约900亿元。相对于木材而言,竹材的可再生性好,生产周期短,产量高。在木材资源日益缺乏的今天,在许多行业已逐渐取代木材而广泛应用。

  但在加工、贮运和使用过程中,极易发生霉变、虫蛀现象。现阶段防止竹材霉变、虫蛀的方法有高温炭化和用保护剂处理两种。高温炭化处理可以杀死竹材上的霉菌和蛀虫,并起到一定的保护作用,但在加工、贮存和使用过程中,如果条件适合,同样会发生霉变和虫蛀现象,因此还需要进行保护剂处理。而有些竹制品需要保持其本色,则必须进行防霉、防虫处理。

  “传统的木材保护剂如CCA、ACQ和PcP-Na可以有效防止木材腐烂,但对竹材霉变效果较差,又由于这些保护剂含有重金属,在美国、欧盟等被禁止或限制使用,造成很多竹制品无法出口。”鲍滨福说。

  由于市场上应用的一些木竹材保护剂在防霉效果上达不到要求或者影响竹材的后续加工,无法应用于竹制品的加工、贮运和使用之中的防霉、防虫处理。因此,急需寻找高效、广谱、价廉,且适用于竹材工业化生产的保护剂及处理技术。

  满足食品包装要求

  因此,加快木竹材保护新技术、新工艺、新产品的研究开发,促进我国木竹材保护产品的生产和消费向节材型和环保型方向发展,开发和生产高效、低毒、多品种的木材防护药剂,就成为鲍滨福团队的主要目标。

  从2000年开始,在国家自然科学基金委员会、有关研究院和一些企业的支持下,鲍滨福和项目组成员开始针对相关的技术进行科研攻关。开发适合竹制品加工、贮存、使用的竹制品,特别是竹材人造板的防霉系列产品,解决竹制品在加工、贮存、使用过程的霉变和蛀虫危害问题。

  课题组以天然产物壳聚糖,即由蟹、虾、龙虾的壳生产而来的一种葡萄糖胺聚合物替代剧毒物质铬,开发出具有长效、低毒等特点的改性壳聚糖金属配合物保护剂,一举攻克了建筑用木竹材保护剂难以同时兼顾长效、低毒的技术难题。该团队还优选出效果好的有机杀菌剂、高效乳化剂,发明了具有高效、无色等特点的水基型有机杀菌剂保护剂,攻克了竹材易霉变和装饰用保护剂颜色深等技术难题。在此基础上,研究人员以无毒天然产物竹醋液为原料,创建竹醋液快速评价方法,采用乳化、螯合等技术,发明了无毒型竹醋液基保护剂,解决了木竹保护剂难以满足食品包装、农业领域对无毒要求的技术难题。

  在该项目成果验收时,以中国工程院院士、木材加工与人造板工艺专家张齐生为主任,中国工程院院士、林业工程与林产化学加工专家宋湛谦为副主任的鉴定委员会认为,该项目开发出的竹材板保护剂系列产品,不含有害的重金属等物质,对人畜和环境生物安全无害。竹材人造板的保护剂系列产品的应用推广,可以提高我国竹制品,特别是竹材人造板的产品质量,扩大竹制品的应用范围,推动我国竹制品产业的提升。