殼聚糖金屬聚合物木材防護(hù)應(yīng)用研究取得進(jìn)展
2011-08-22 來(lái)源：中國(guó)聚合物網(wǎng)
木材防腐、防蟲(chóng)市場(chǎng)巨大，但傳統(tǒng)處理方法存在藥劑毒性殘留大、易流失等問(wèn)題。在這一領(lǐng)域，國(guó)家自然科學(xué)基金10年前就布局一批基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院研究員段新芳就是這一領(lǐng)域的開(kāi)拓者之一。在科學(xué)基金的資助下，段新芳等人的研究為這一技術(shù)走向市場(chǎng)作出了努力。
蝦皮蟹殼作用大
殼聚糖是從螃蟹殼、蝦皮等廢物資源中提取的綠色高分子復(fù)合物。
“殼聚糖的前身是甲殼素，存在于硬殼類(lèi)水產(chǎn)品的甲殼中，和纖維素、半纖維素、木質(zhì)素相似，是一種長(zhǎng)鏈化合物！倍涡路颊f(shuō)。
甲殼素不溶于水、酸等物質(zhì)。經(jīng)進(jìn)一步提取，就可得到殼聚糖。它溶于稀酸，這樣其化學(xué)反應(yīng)活性就大大提高，在市場(chǎng)上作為一種化工原料出售。
“我們當(dāng)時(shí)主要想解決木材防腐、防蟲(chóng)方面的問(wèn)題。出發(fā)點(diǎn)一是環(huán)保，二是資源的綜合利用。”段新芳說(shuō)，“在我們將殼聚糖用在木頭防腐、防蟲(chóng)處理前，作為一種高分子復(fù)合物，人們卻不知它該用在何處，也沒(méi)人用。我們就針對(duì)這一原料，進(jìn)行下游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)！
此前，木材防腐、防蟲(chóng)處理主要靠金屬離子殺毒，傳統(tǒng)的處理方法就是將防腐劑注入木材，但將藥劑注入木頭后，很快就滲出來(lái)。另一方面，木材處理后的成品和人們生活息息相關(guān)，因此還不能用砷、鉻等毒性太強(qiáng)的重金屬。而毒性較弱的殺毒劑效果又難如人意。低毒和長(zhǎng)效持久一直是木材保護(hù)要解決的難題。
后來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)殼聚糖對(duì)木材的吸附作用非常好。
“如果將殼聚糖與硫酸銅等金屬鹽鏊合成一種分子配位聚合物，金屬離子的固定量和持久效力會(huì)大大提升，就能解決現(xiàn)有木材防腐劑中大量的砷、鉻對(duì)人畜造成的危害，具有高效低毒的特點(diǎn)！倍涡路颊f(shuō)。
防腐抑蟲(chóng)有新方
在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，段新芳開(kāi)始對(duì)殼聚糖金屬鹽的合成及其木、竹材防腐防霉機(jī)理進(jìn)行研究。該項(xiàng)目探索確定了殼聚糖銅/鋅兩種金屬配位聚合物（CMC）的最佳合成條件，測(cè)定金屬配位聚合物系列藥劑木材、竹材與木塑復(fù)合材料的防腐、防霉效果評(píng)價(jià)與機(jī)理，檢測(cè)了金屬配位聚合物藥劑防護(hù)處理對(duì)木、竹材性與加工性能的影響，獲得了殼聚糖金屬配位聚合物在木竹材保護(hù)應(yīng)用中的科學(xué)基礎(chǔ)。
該研究小組采用抑菌圈法研究了殼聚糖金屬鹽防霉劑對(duì)木霉、青霉、黑曲霉、黃曲霉以及酵母菌的抑菌作用，并篩選出最佳抑菌質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明殼聚糖銅鹽對(duì)于所選菌種的抑制效果高于其他幾種試劑，且抑制持續(xù)性也較長(zhǎng)。尤其對(duì)木霉和酵母菌的抑菌效果明顯，且抑制持續(xù)性也最長(zhǎng)。
研究人員對(duì)杉木邊材、心材和毛白楊邊材表面涂飾不同濃度的殼聚糖乙酸溶液，測(cè)定分析處理前后的木材材色變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度殼聚糖處理木材表面，處理前后總體色差隨濃度的升高而增加，其他色度學(xué)參數(shù)略有變化。在此基礎(chǔ)上，段新芳等人得出殼聚糖處理木材表面的最佳濃度值。采用此濃度進(jìn)行處理對(duì)木材表面的進(jìn)一步著色或涂飾無(wú)大影響。
上述研究表明，殼聚糖金屬配位聚合物是與著名的對(duì)環(huán)境危害較大的防腐劑CCA 具有接近的防腐效果的木、竹材防腐劑，有較廣闊的應(yīng)用前景。
“但這種方法的缺點(diǎn)是成本太高，用傳統(tǒng)方法處理一方木頭大約增加一兩百元，用殼聚糖就會(huì)增加五六百元，因此缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力！倍涡路颊f(shuō)，“近兩年技術(shù)改進(jìn)很多，當(dāng)時(shí)用水溶酸溶解殼聚糖，現(xiàn)在已經(jīng)有了水溶性的殼聚糖，處理成本相對(duì)降低一些，但相對(duì)傳統(tǒng)方法還是偏高，在一些出口產(chǎn)品、室內(nèi)高端家具上，才會(huì)考慮選擇這種方法！
科學(xué)基金對(duì)年輕人很重要
段新芳長(zhǎng)期從事木材保護(hù)、生物質(zhì)材料科學(xué)研究工作，先后主持和參加完成了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、“攀登計(jì)劃”等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目。1991年以來(lái)，他出版了《俄羅斯木材貿(mào)易及其加工利用技術(shù)》、《古建筑木結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展》、《木材顏色調(diào)控技術(shù)》、《木材變色防治技術(shù)》等專(zhuān)著7部，主持和參與制定了《木材綜合利用規(guī)范》等10項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2006年，其殼聚糖金屬配合物木材防腐劑的制備方法及其應(yīng)用獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。
“我非常感謝科學(xué)基金的支持，因?yàn)榱挚圃航Y(jié)構(gòu)調(diào)整，我現(xiàn)在主要轉(zhuǎn)作標(biāo)準(zhǔn)化管理，在申請(qǐng)第三個(gè)基金后就沒(méi)再參與申請(qǐng)。不過(guò)還是科學(xué)基金的評(píng)審專(zhuān)家，每年都會(huì)評(píng)審一些項(xiàng)目，對(duì)科學(xué)基金也很關(guān)注！倍涡路颊f(shuō)，“科學(xué)基金對(duì)科研人員，尤其是年輕科研人員來(lái)說(shuō)非常重要。目前中國(guó)的科研經(jīng)費(fèi)分配體制不是很科學(xué)，年輕人沒(méi)有機(jī)會(huì)參與競(jìng)爭(zhēng)一些大的項(xiàng)目，而科學(xué)基金相對(duì)公平公正，在培養(yǎng)年輕人、開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域、保持傳統(tǒng)學(xué)科發(fā)展幾個(gè)方面作出重要貢獻(xiàn)。”
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