植物源木材防腐剂增效技术研究进展

　　摘要：近年来，利用植物提取物制备木材防腐剂已成为木材保护研究领域的热点。单一植物提取物制备木材防腐剂的环境稳定性和防腐性存在局限，导致其应用总体效果较差。文中阐述国内外植物源木材防腐剂的提取物类型及其存在问题，综述利用化学药剂、微囊技术、纳米技术等增效植物源木材防腐剂的研究现状，讨论当前这些技术存在的问题与不足，并展望植物源木材防腐剂的开发应用前景。

　　关键词：植物提取物，木材防腐剂，增效技术

　　木材作为一种可再生的生物质材料，具有色彩明亮、触感温润、纹理美观等其他材料无法替代的优点，广泛应用于建筑、家具、造船、造纸等领域，在生态文明社会、国民经济建设和人民日常生活中都起着极其重要的作用[1]。然而，木材在使用过程中极易遭受真菌腐朽和虫蛀，导致其质量损失、力学性能下降以及发霉变色等，大大缩短了使用寿命，降低了利用价值。大量研究表明，防腐处理可使木材使用寿命延长5～6倍[2]甚至10倍以上[3]，对减少木材消耗、保护森林资源具有极其重要的意义。

　　目前，国内外市场上应用的木材防腐剂以含铜化合物为主，尤其是国内的防腐木材多以ACQ进行处理，但铜基防腐剂对耐铜腐朽菌的效果较差，且这类防腐剂的铜离子扩散会对环境和人体健康造成危害，所以无机硼盐、有机杀菌剂和天然防腐剂是当前多数国家研究和应用的新方向[4]。其中植物提取物是天然防腐剂最重要的来源。

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　　植物源木材防腐剂是利用植物提取物通过一定方法制备的应用于木材防腐的天然防腐剂，具有可再生、安全环保、靶标性强等特点，是目前开发利用新型木材防腐剂的研究重点[5]。国内外诸多学者对植物源木材防腐剂进行了研究，主要围绕植物种类和提取部位[6]、有效提取物筛选[7]、提取工艺优化[8]、有效成分的分离鉴定[9]与合成[10]、防腐机理[11]、防腐剂复配增效[12]以及处理工艺[13]等方面。本文将综述国内外植物源木材防腐剂的提取物类型及其存在问题，重点阐述利用化学药剂、微囊技术、纳米技术等增效植物源木材防腐剂的研究现状，分析目前植物源木材防腐剂增效技术存在的问题与不足并据此提出研究展望，以期为加速研发和应用新型高效植物源防木材腐剂奠定基础。

　　1植物提取物类型

　　植物是生物活性化合物的天然宝库，次生代谢产物超过40万种，其中萜烯类、生物碱类、类黄酮、酚类以及特异蛋白质等活性成分具有杀虫或抗菌等功效[14]，这为植物源木材防腐剂的开发利用奠定了丰富的物质基础。植物源木材防腐剂按照提取物类型主要分为植物精油、单宁、木材提取物和其他植物提取物。

　　1.1植物精油

　　植物精油是以蒸馏、压榨、萃取等方式从植物中提取的挥发性次生代谢物质，主要成分为萜类，还包括醇类、醛类、烃类、醚类和酮类等，具有抗氧化、杀虫、抗真菌等生物活性[15]。多种植物精油具有抑制木腐菌、霉菌和抗白蚁等功能，目前主要通过测试不同种类的植物精油对各种木腐菌的抑菌效果以筛选出效果好的精油。Mohareb等[16]研究了18种埃及植物精油对灵芝(Ganodermalucidum)和毛蜂窝菌(Hexagoniaapiaria)的抗菌性，结果表明，利用大果柏木、柠檬、北美香柏、加州胡椒树、单子蒿和香叶天竺葵这6种植物叶子或果皮精油处理的苏格兰松边材防腐性较好。

　　对植物精油抗白蚁方面也有研究，Ahmed等[17]利用麻疯树、亚麻籽、桉树、印楝和荷荷巴的种子及树叶精油处理3种木材，除桉叶油外，白蚁在取食其他精油处理的木材后均有死亡，其中亚麻籽油对白蚁的取食抗性和致死率最高;在田间试验时，亚麻籽油处理的黄杨失重率较低，边材的载药量显著高于心材。

　　也有学者直接利用植物精油的单体处理木材，以明确植物精油发挥防腐功能的具体物质。Zhang等[18]采用41种单萜类化合物对白腐菌毛栓菌(Trameteshirsuta)、裂褶菌(Schizphylhlscommune)和血红孔菌(Pycnoporussanguineus)进行抑菌试验，发现β-香茅醇、香叶醇、香芹酚、麝香草酚、丁香酚和柠檬醛对这3种菌均有抗性，其中香芹酚抗菌性最强。在此基础上，Chittenden等[19]用浓度为3%的丁香酚处理辐射松木块，暴露在3种褐腐菌中的木块质量损失率均为1%，然而在经过流失试验后木块质量损失率为13.4%～23.1%，说明丁香酚具有较高的流失性，很难固着在木材内部。此外，还有许多植物精油被证明具有抑制木腐菌和抗白蚁的性能[20-23]，虽然作为植物源木材防腐剂的原材料具有广泛的来源，但其流失性较高、耐候性较差等问题给实际生产应用也带来了巨大挑战[19,24]。

　　1.2单宁

　　单宁是一类广泛存在于植物体内的具有类黄酮结构的天然多元酚化合物，具有防腐抑菌等功效，其主要来源于各种树木的树皮。Silveira等[25]研究表明，浓度为5%或10%的黑荆树单宁处理木材后对血红孔菌的抑制效果与商业木材防腐剂CCB相当。不同品种的单宁处理木材后对木腐菌和霉菌的抗性也不同。Anttila等[26]发现挪威云杉球果单宁比树皮单宁更能抑制真菌生长，且对褐腐菌的抑制效果优于对白腐菌和软腐菌。

　　Tomak等[27]用4种单宁浸渍苏格兰松发现，单宁在未流失前对褐腐菌抑制有效，而对白腐菌无效，其中橡碗和板栗的抗菌效果较好，这可能是因为其中鞣花单宁含量较高;经流失试验后，所有处理的抗菌效果显著降低，说明单宁在木材中的固着性较差。Sen等[28]也证实当单宁单独作为木材防腐剂时极易流失。天然单宁与化学木材防腐剂相比，其处理材的物理及机械性能效果相当[29]，可作为木材防腐剂的潜在来源，但单独使用时对部分木腐菌和霉菌的抑制作用有限，且极易流失，往往需要加入固定剂或其他防腐剂以达到增强其效果的目的。

　　1.3木材提取物

　　木材提取物是利用有机溶剂、水蒸气、超临界CO2等方法从木材中抽提出的混合物的统称，由于植物在长期演变和进化过程中对外界刺激的自然应激反应，致使一些树种木材内部产生抗真菌腐烂和昆虫腐烂的活性物质，其主要位于心材中，这为天然或人工合成植物源木材防腐剂提供了原材料来源。Rodrigues等[30]研究了亚马逊森林中7种木材提取物的天然耐腐性，结果表明，乳桑、齿叶风铃木和赤桂楠等6种木材提取物对软腐菌有较好的抑制作用，当进行褐腐试验时，浓度为5.1g/L的齿叶风铃木提取物处理的赤松耐腐性较好，木材质量损失率仅为1.6%。

　　李权[31]利用甲醇、三氯甲烷等5种溶剂萃取樟树木质部进行防腐试验发现，当浓度为10%时5种溶剂提取物处理的毛白杨对彩绒革盖菌的防腐效果均达到I级强耐腐水平，而对密粘褶菌的抑制效果稍差。Brocco等[32]利用乙醇从巴西柚木心材的机械加工废料中获得提取物浸渍柚木和松木边材后发现，其对白腐菌和褐腐菌抑制明显，而对软腐菌无效。Maoz等[33]用阿拉斯加扁柏、西方桧柏、翠柏和美洲花柏的木材提取物处理花旗松边材，证实这些提取物可有效抑制拟青霉属、木霉属等6类霉菌的生长，但它仍不能完全保护木材免受真菌侵害。综上所述，多种木材提取物具有一定的抑菌效果，可用于低耐久性木材的防腐处理，但木材提取物作为木材防腐剂尚存在生物活性的多样性和不一致性、易流失性、对部分菌种效果较差以及所需浓度较大等问题。

　　2植物源木材防腐剂增效技术

　　当植物提取物直接作为木材防腐剂使用时，存在抗虫菌范围窄、所需浓度高、易降解、易流失、药效期短、对外界环境因素(如温度、空气湿度、光照、雨淋等)敏感等种种不足，致使由植物提取物制备的木材防腐剂总体效果较差，从而限制其应用范围。为了克服这些缺点，研究者从各方面做了很多提升和增强植物源木材防腐剂效果的研究。植物源木材防腐剂增效技术是把植物提取物与化学药剂或纳米材料进行功能性复配，亦或是将其本身制备成纳米结构或性能稳定的微囊结构的一种提质增效技术，以保障植物源木材防腐剂在实际应用中的防腐性和耐久性。目前，国内外针对植物源木材防腐剂的增效技术研究主要包括以下几个方面。

　　3结语及研究展望

　　目前，国内外对植物源木材防腐剂的研究尚处于探索阶段，研究深度和广度不足，多数研究尚处于实验室阶段，离实践应用还有很大距离。

　　1)植物提取物与化学试剂复配，操作简单，容易实现，在未来一段时期内仍将是植物源木材防腐剂增效研究的主要方向。目前，所研究植物提取物多为混合物，提取物有效成分的分离鉴定与合成技术还不成熟，其活性成分的结构和功能尚不清楚，且不同植物提取物与不同化学试剂复配机理和功效也不尽相同，这给植物源木材防腐剂复配增效带来诸多不便。其次，多种防腐剂复配会使防腐剂的黏度增大，存在不易浸入木材的现象，应充分考虑2种或多种防腐剂的相容性。

　　2)微囊技术制备木材防腐剂的起步较晚，存在微囊包埋率低、粒径大小不易控制、热稳定性不高等，以及微囊防腐剂在木材中的应用固着机理不够清晰、药剂释放控制较难和缓释效果不理想等诸多问题。其次，需要解决纳米微囊技术制备防腐剂的成本较高、壁材以及辅助材料的环保性等问题。

　　3)纳米木材防腐剂的合成与表征技术研究还不够成熟，存在一些亟待解决的问题，如纳米粒子易团聚、与木材结合力弱等。其次，植物提取物与纳米金属材料复配可能会对环境和人体健康造成危害以及高昂的成本等问题，需要进一步探讨。

　　4)由于植物源木材防腐剂自身的稳定性、固着性较差等缺陷，当用热处理或与其他物质复配等方法处理木材时，可能会对植物提取物活性成分的稳定性和有效性带来一定负面影响，值得研究者重视。随着人们对环境保护和生态可持续发展意识不断增强，开发利用环保型木材防腐剂已成为21世纪木材保护领域的必然趋势。

　　植物源木材防腐剂具有多层生态效应的特点，其可再生、可降解以及对环境危害较小甚至无害等优点，可实现对有毒化学防腐剂的有效替代;可以从工业废料(如咖啡银皮、魔芋飞粉等)中获得原料促进产业循环发展;对保护木材、节约木材、提高木材利用率、保护森林资源和促进林业可持续发展具有极其重要的意义。目前，在植物源木材防腐剂基础理论研究、技术和法律体系等方面仍存在一定的不足，但随着研究不断深入和技术不断革新以及法律体系不断健全，这些不足将会逐一得以解决，植物源木材防腐剂具有广阔的市场应用前景。

　　参考文献

　　[1]史蔷,张守攻,吕建雄,等.落叶松木材改性的研究现状及发展趋势[J].中南林业科技大学学报,2012,32(4):210-215.

　　[2]李玉栋.木材防腐:延长木材使用寿命的有效措施[J].人造板通讯,2001(11):3-5.

　　[3]金重为,叶汉玲.世界木材防护工业的进展[J].林产工业,2001(5):39-42.

　　[4]孙芳利,PROSPERNK,吴华平,等.木竹材防腐技术研究概述[J].林业工程学报,2017,2(5):1-8.

　　[5]胡生辉,徐国祺,付跃进,等.植物源提取物木材防腐剂的研究现状与展望[J].世界林业研究,2011,24(1):51-55.

　　作者：罗忠友余丽萍李利芬吴志刚

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