基于輥壓浸注法的杉松冷杉的防變色性能1)

楊勝麗 孫耀星 溫明宇 閆文濤 丁子峰

(北華大學(xué)，吉林省·吉林市，132013) (吉林省龍井市林業(yè)局) (吉林森工白山人造板有限責(zé)任公司)

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基于輥壓浸注法的杉松冷杉的防變色性能1)

楊勝麗 孫耀星 溫明宇 閆文濤 丁子峰

(北華大學(xué)，吉林省·吉林市，132013) (吉林省龍井市林業(yè)局) (吉林森工白山人造板有限責(zé)任公司)

對(duì)杉松冷杉試材進(jìn)行2種藥劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和1.0%)、2種壓縮率(5%和10%)、2種壓縮方向(徑向和弦向)、2種壓縮次數(shù)(1和4次)的防腐劑輥壓浸注和常溫常壓浸泡處理，測試和研究不同浸注方法對(duì)試材載藥量、防治效力和真菌感染形態(tài)的影響。結(jié)果表明：輥壓浸注法的載藥量高于浸泡法，提高了133.33%～224.24%；前者防治效力比后者提高了25%以上，當(dāng)輥壓浸注工藝為壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮、壓縮4次時(shí)，試材的防治效力達(dá)到最大值81.97%；可可球二孢真菌在空白樣、浸泡法和輥壓浸注法試材中的發(fā)展順序呈現(xiàn)由旺盛到纖弱、由充滿細(xì)胞腔到局部存在的態(tài)勢，與試材表面和內(nèi)部的宏觀特征表現(xiàn)一致。

杉松冷杉；輥壓浸注法；藍(lán)變；防治效力

Journal of Northeast Forestry University，2016,44(12)：42-46.

This study was conducted to study the effect of impregnation by rollers, under the condition of preservative of mass ratio of 0.5% and 1.0%, both in radial and tangential directions, at the compression rate of 5% and 10%, and at compression times of 1 and 4, on the preservative content, efficiency in controlling fungus and fungal infection form of Needle fir. (AbiesholophyllaMaxim.) specimens. The preservative content was increased by 133.33% to 224.24%, more than 25% for impregnation by rollers compared with normal impregnation. The efficiency in controlling fungus reached the maximum value of 81.97% when the conditions were at compress rate of 10%, mass ratio of preservative of 1.0%, and compression times of 4 in tangential directions.BotryodiplodiatheobromaePat. spread in tracheid cavity from prosperous to weak and from full to sectional, and it was the same with macroscopic characteristics.

可可球二孢(一種藍(lán)變菌)會(huì)侵染某些針葉樹材的邊材部位，菌絲所到之處，會(huì)在木材表面形成深淺不一、斑駁陸離的塊狀藍(lán)色或綠色圖案，俗稱“藍(lán)變”或“青變”，與健康材對(duì)照顏色差異明顯[1-2]。在適宜的溫濕度條件下，5～7 d藍(lán)變現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生并蔓延；藍(lán)變不僅劣化木材表面的視覺效果，木材力學(xué)性能亦有一定程度的降低[3-4]。國家標(biāo)準(zhǔn)中，存在藍(lán)變的鋸材被認(rèn)定為缺陷產(chǎn)品并降低等級(jí)[5]。材表的藍(lán)變?cè)谂偾袝r(shí)可除去，而深層的藍(lán)變除去困難，如何保護(hù)木材不被藍(lán)變菌侵蝕成為解決問題的首選。

工業(yè)生產(chǎn)中，一般是在木材表面噴灑防腐劑或?qū)⒛静亩虝r(shí)間浸泡于防腐劑中，使藥劑覆蓋木材表面，隔斷藍(lán)變菌與木材的接觸達(dá)到保護(hù)木材的目的[6-8]。噴淋、涂刷或浸泡防腐劑的方法，藥劑液滴停留在木材表面纖維的梢部，難以形成完整的覆蓋層，防護(hù)性差、生產(chǎn)效率低。同時(shí)，原木鋸制成板材后、人工窯干前的階段性保護(hù)在生產(chǎn)上具有實(shí)際意義，那些防腐劑浸注量大、浸注深、成本高的長期保護(hù)方法是不適用的。

輥壓浸注法是一種高效的藥劑浸注方法，在液面下利用機(jī)械壓輥將改性藥劑壓人木材至一定深度，對(duì)木板材的防護(hù)程度和水平介于常壓法和加壓法之間[9-11]；吳玉章等[12]采用輥壓預(yù)處理改善樹脂浸注的均勻性，研究表明質(zhì)量增加率在纖維方向的分布更趨均勻；趙雪等[13]使用酚醛浸漬樹脂對(duì)大青楊進(jìn)行輥壓增強(qiáng)處理，試材耐磨性提高了3.11%～23.17%；孫耀星[14]、閆文濤等[15]對(duì)大青楊進(jìn)行輥壓防腐處理，壓縮率20%及以上，試材達(dá)到耐腐級(jí)別。

本研究以極易發(fā)生藍(lán)變的杉松冷杉為試材，研究輥壓浸注法和浸泡法在載藥量、被害值、防治效力和可可球二孢真菌在試材內(nèi)生長形態(tài)等方面的差異，為探索和研究該方法的技術(shù)化提供理論支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)試材：杉松冷杉(AbiesholophyllaMaxim.)，長6 000 mm、小頭直徑720 mm的特級(jí)優(yōu)等原木1根，采集于吉林省蛟河林業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)管理局清茶館林場，加工為標(biāo)準(zhǔn)的徑切板和弦切板，板材尺寸為300 mm(長)×100 mm(寬)×20 mm(厚)(長為木材順紋方向)。所有試材均來自于原木的邊材部分，紋理通直，材性均勻，無節(jié)疤、蟲蛀和腐朽。接菌試驗(yàn)前保持試材的清潔、無菌感染發(fā)生。試樣分3組：輥壓浸注組、浸泡組和對(duì)照組。試樣做好后在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥至絕干，測得其絕干質(zhì)量。

藍(lán)變菌：可可球二孢(BotryodiplodiatheobromaePat.)，由中國林業(yè)微生物菌種保藏管理中心提供。

藥劑：實(shí)驗(yàn)室自配，成分包括ACQ、硼砂和硼酸。藥劑分為兩種質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.5%和1%，前者藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比為0.25%ACQ、0.125%硼砂和0.125%硼酸，后者所含3種成分依次為0.5%、0.25%和0.25%。

試驗(yàn)設(shè)備：輥壓機(jī)，上壓輥為主動(dòng)輥，下壓輥為從動(dòng)輥，輥長250 mm，壓輥直徑200 mm，轉(zhuǎn)速定為50 r/min。

環(huán)境掃描電子顯微鏡，美國Fei公司，型號(hào)Quanta 200；恒溫恒濕箱，德國MMM公司，型號(hào)Climacell 404；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司，型號(hào)DHG-9075A；立式壓力蒸汽滅菌器，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司，型號(hào)LS-B75L；超凈工作臺(tái)，常州中貝干燥設(shè)備有限公司，型號(hào)BCL-1360A；電子秤，量程30 kg，精度50 g。

藥劑浸注方法：藥劑對(duì)試材的浸漬采用輥壓浸注法和常壓常溫浸泡法。

輥壓浸注法處理工藝包括壓縮率、壓縮次數(shù)和壓縮方向3個(gè)參數(shù)[16]。壓縮率設(shè)定為5%和10%；每一種壓縮率下的壓縮次數(shù)分別為1和4次，多于1次的壓縮，上一次輥壓浸注完成后立即進(jìn)行下一次；壓縮方向依據(jù)木材年輪和施力方向的位置關(guān)系分為徑向和弦向，對(duì)徑切板施行弦向壓縮，對(duì)弦切板施行徑向壓縮。

常壓常溫浸泡法(以下簡稱浸泡法)：是將試材浸入兩種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的藥劑中，井字形堆垛，上壓重物，液面高出最上層試材5 cm以上，浸泡時(shí)間3 min。

用于浸注藥劑的試材，在浸注前需進(jìn)行含水率的調(diào)整；方法是將試材放入壓力—真空處理罐中，經(jīng)過抽真空(真空度0.098 MPa，20 min)—注水—加壓—保壓(壓力1 MPa，25 min)—卸壓，取出罐中試材，常溫常壓下在清水中浸泡24 h，由水中取出后，干凈濕布遮蓋室內(nèi)陰涼處放置48 h后(含水率87%～95%)，進(jìn)行藥劑浸注試驗(yàn)。

完成藥劑浸注的試材，室內(nèi)自然干燥12 h后，置于電熱干燥箱中，逐漸升溫至全干，測量試材浸注藥劑后的干質(zhì)量。

本研究共使用20種藥劑浸注工藝(輥壓浸注法16種，浸泡法4種)，每一種工藝6塊試材，將對(duì)照樣(不浸注藥劑的試材)計(jì)算在內(nèi)(徑、弦切板各6塊)，則需徑、弦切板試材各66塊。

試材浸注藥劑的載藥量計(jì)算公式：

R=(W0-W)/V。

式中：R為載藥量，kg/m3；W0為試材浸注藥劑后的全干質(zhì)量，kg；W為試材浸注藥劑前的全干質(zhì)量，kg；V為試材的體積，m3。

藍(lán)變菌對(duì)試材的感染和防治效力的測試：本研究為了更接近生產(chǎn)實(shí)際，采用大尺寸試材。藍(lán)變菌(可可球二孢)對(duì)藥劑浸注試材和對(duì)照樣的接種、侵染方案及培養(yǎng)基的制作，試材被害值的測試方法和防治效力的計(jì)算，均參照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18261—2000)[17]進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 載藥量

測量每一塊試材浸注藥劑前后的絕干質(zhì)量并計(jì)算其載藥量，取相同藥劑浸注工藝試材載藥量的平均值，作為該種浸注工藝的載藥量，結(jié)果見表1和表2。

表1 輥壓浸注方法的載藥量

表2 浸泡方法的載藥量

由表1和表2可知，根據(jù)本研究中設(shè)定的工藝條件，輥壓浸注法的載藥量均大于浸泡法。忽略試材的類型(徑切板和弦切板)，藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、壓縮率為5%和10%試材的載藥量比浸泡法分別大133.33%和224.24%；藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、相同壓縮率試材的載藥量比浸泡法分別大183.67%和218.37%。

對(duì)于輥壓浸注法試材，在壓縮率、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓縮方向相同的條件下，載藥量隨著壓縮次數(shù)的增加而增加，在壓縮率5%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、徑向壓縮時(shí)，壓縮4次的載藥量比1次提高了21.01%；在壓縮率、壓縮次數(shù)、壓縮方向相同條件下，載藥量隨著藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，在壓縮率5%、壓縮1次、弦向壓縮時(shí)，浸注藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%試材的載藥量比0.5%的增加了56.41%；在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓縮次數(shù)、壓縮方向相同的條件下，載藥量隨著壓縮率的增大而增大，在藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、壓縮1次、弦向壓縮時(shí)，壓縮率10%的載藥量比5%的提高了28.21%；在壓縮率、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓縮次數(shù)相同的條件下，徑切板的載藥量大于弦切板，在壓縮率5%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、壓縮1次時(shí)，徑切板試材的載藥量比弦切板提高了27.87%。本研究中，當(dāng)壓縮率為10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、壓縮4次、弦向壓縮的條件下，載藥量達(dá)到最大值為1.83 kg/m3。

觀察浸泡法的載藥量，在其他浸注工藝相同條件下，徑切板的載藥量大于弦切板。杉松冷杉為針葉樹材，軸向管胞占95%以上；軸向管胞胞壁上的紋孔主要位于徑面壁，而弦面壁上紋孔數(shù)量少、尺寸亦小，紋孔是藥劑進(jìn)入木材細(xì)胞腔的主要通道[18]；對(duì)于徑切板，板面的寬面為軸向管胞的徑面壁，大量的徑面壁紋孔裸露在木材表面，在同等條件下，藥劑對(duì)徑切板的浸注量大于弦切板。在輥壓浸注法中，這一特征也表現(xiàn)的非常明顯。

2.2 防變色性能

接種可可球二孢菌培養(yǎng)4周后，在試材厚度方向距離表面2.5 mm位置，沿順紋方向劈開試材，目測試材表面感染面積和內(nèi)部藍(lán)變程度，核算每一塊試材的被害值，取相同藥劑浸注工藝試材(包括空白樣)被害值的平均值，作為該工藝的被害值；以空白樣的被害值為參考，對(duì)應(yīng)于同類板材(弦向壓縮對(duì)應(yīng)于徑切板，徑向壓縮對(duì)應(yīng)于弦切板)，計(jì)算不同藥劑浸注工藝的防治效力。不同浸注工藝的被害值和防治效力見表3和表4。由表3和表4可知，對(duì)應(yīng)于空白樣，浸泡法和輥壓浸注法試材的被害值都有不同程度的下降，提高了對(duì)變色菌的防治效力。

浸泡法中，隨著藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，試材對(duì)可可球二孢菌的防治效力上升。藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.5%增大到1.0%，徑切板和弦切板的被害值分別下降了17.39%和17.16%，防治效力則分別提高了31.79%和52.50%。對(duì)于不同類板材，徑切板的防治效力高于弦切板，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，徑切板比弦切板提高了43.56%，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，前者比后者提高了24.07%，這是由于防腐劑通過裸露的管胞徑面壁紋孔更易進(jìn)入木材的緣故。

表3 輥壓浸注法的防治效力

表4 浸泡法和空白樣的防治效力

輥壓浸注法中，考查單一因素的影響，試材的被害值隨著壓縮率的增大、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加、壓縮次數(shù)的提高而下降，而對(duì)變色菌的防治效力明顯提升；壓縮率由5%增大到10%，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、弦向壓縮、壓縮1次試材的防治效力提高了23.87%；藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.5%提高到1.0%，壓縮率5%、徑向壓縮、壓縮4次試材的防治效力提高了44.06%；壓縮次數(shù)由1次升為4次，壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮試材的防治效力提高了10.41%。弦向壓縮(徑切板)試材的防治效力大于徑向壓縮(弦切板)，增大的比率按照表2中由上到下的順序依次為23.67%、13.25%、19.36%、5.14%、15.58%、15.49%、8.92%和9.84%。當(dāng)輥壓浸注工藝為壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮、壓縮4次時(shí)，試材的防治效力達(dá)到最大值81.97%。

本研究中，浸泡法對(duì)試材的防治效力在24.63%～46.60%；在輥壓浸注法中，除藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、壓縮率5%、徑向壓縮(弦切板)、壓縮1次工藝對(duì)應(yīng)試材的防治效力為42.04%外，其他浸注工藝試材的防治效力均高于50%。

根據(jù)表3和表4，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，徑切板(弦向壓縮)試材輥壓浸注法防治效力的平均值為61.07%，比浸泡法提高了25%；弦切板(徑向壓縮)試材輥壓浸注法防治效力的平均值為52.36%，比浸泡法提高了27%。藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，徑切板(弦向壓縮)試材輥壓浸注法防治效力的平均值為75.82%，比浸泡法提高了29%；而弦切板(徑向壓縮)試材輥壓浸注法防治效力的平均值為68.66%，比浸泡法提高了31%?？梢姡亯航⒎▽?duì)變色菌的防治效力遠(yuǎn)大于浸泡法。

2.3 藍(lán)變菌對(duì)試材感染性狀

變色菌可可球二孢感染試材4周后，在試材厚度方向距離寬面2.5 mm處，沿順紋方向劈開試材，取樣在環(huán)境掃面電子顯微鏡下觀察菌絲的生長、發(fā)展和蔓延情況。不同藥劑浸注工藝試材(含空白樣)內(nèi)菌絲的發(fā)育生長情況見圖1至6。

圖1 空白樣徑切板試材

圖2 空白樣弦切板試材

圖1和圖2分別是空白樣的徑切板和弦切板試材，由于沒有經(jīng)過任何的防腐藥劑浸注處理，試材不具有防御變色菌侵蝕的功能，可可球二孢在試材內(nèi)的生長非常茂盛，菌絲粗壯、沿著管胞腔縱向生長和分布(箭頭指向?yàn)榫z，下同)、充滿細(xì)胞腔。觀察空白樣的宏觀特征，可見試材表面和內(nèi)部均藍(lán)變嚴(yán)重，劣化特征明顯，與微觀特征的表現(xiàn)相一致。

圖3是采用藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、浸泡3 min的浸泡法試材。與圖1和圖2相比，圖3中的菌絲變得細(xì)弱、薄紗狀，纖細(xì)的菌絲在細(xì)胞內(nèi)壁的紋孔間蔓延和生長，占據(jù)細(xì)胞腔部分空間，進(jìn)一步的發(fā)展和擴(kuò)張受到抑制，說明試材具有了一定的防御變色菌的能力。

圖3 藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、浸泡3 min弦切板試材

圖4 壓縮率5%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、徑向壓縮4次輥壓浸注試材

圖4和圖5分別是壓縮率5%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、徑向壓縮、壓縮4次和壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、弦向壓縮、壓縮4次輥壓浸注試材。與空白樣和浸泡法試材相比，這兩種浸注工藝試材內(nèi)的菌絲僅局部存在，且數(shù)量明顯減少、菌絲更加纖細(xì)，真菌的繁殖受到嚴(yán)重抑制。

圖6是壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮、壓縮4次的輥壓浸注試材。觀察發(fā)現(xiàn)，500倍電子顯微鏡下已觀察不到菌絲的存在痕跡，此種藥劑浸注工藝條件已經(jīng)能夠完全抑制了可可球二孢真菌的生長。

圖5 壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、弦向壓縮4次輥壓浸注試材

圖6 壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮4次輥壓浸注試材

3 結(jié)論

徑切板試材的載藥量大于弦切板。輥壓浸注試材的載藥量隨著壓縮率、壓縮次數(shù)和藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。輥壓浸注法的載藥量大于浸泡法，藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、壓縮率為5%和10%輥壓浸注試材的載藥量比浸泡法分別大133.33%和224.24%；藥液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、兩種壓縮率試材的載藥量比浸泡法分別大183.67%和218.37%。當(dāng)壓縮率為10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、壓縮4次、弦向壓縮的條件下，載藥量達(dá)到最大值為1.83 kg/m3。

浸泡法對(duì)試材的防治效力在24.63%～46.60%，輥壓浸注法的防治效力在42.04%～81.97%之間，后者的防治效力比前者提高了25%；當(dāng)輥壓浸注工藝為壓縮率10%、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、弦向壓縮、壓縮4次時(shí)，試材的防治效力達(dá)到最大值81.97%。

輥壓浸注法對(duì)可可球二孢真菌繁殖的抑制作用大于浸泡法；空白樣、浸泡法和輥壓浸注法試材中菌絲的發(fā)展順序呈現(xiàn)由旺盛到纖弱、由充滿細(xì)胞腔到局部存在的態(tài)勢，與試材表面和內(nèi)部的宏觀特征一致。

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[17] 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第一編輯室.木材工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)與方法標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：380-385.

[18] 劉一星,趙廣杰.木材學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社,2012.

Property of Aanti-blue Stain of theAbiesholophyllaMaxim. Impregnated by Rollers

Yang Shengli, Sun Yaoxing, Wen Mingyu

(Beihua University, Jilin 132013, P. R. China); Yan Wentao(Forestry Bureau of Longjing City in Jilin Province); Ding Zifeng(Baishan Wood-based Panels co., LTD of Jilin Forest Industry)

AbiesholophyllaMaxim.； Impregnation by rollers； Blue stain； Efficiency in controlling fungus

1)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470022)，吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20130413049GH)，吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2014-174)，吉林省省級(jí)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整引導(dǎo)資金專項(xiàng)(2015Y079)。

楊勝麗，女，1969年12月生，北華大學(xué)林學(xué)院，助理實(shí)驗(yàn)師。E-mail：1289710973@qq.com。

孫耀星，北華大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：sunyaoxing@sina.com。

2016年7月15日。

S781.72

責(zé)任編輯：潘 華。