殼聚糖金屬聚合物木材防護應用研究取得進展
2011-08-22 來源：中國聚合物網
木材防腐、防蟲市場巨大，但傳統處理方法存在藥劑毒性殘留大、易流失等問題。在這一領域，國家自然科學基金10年前就布局一批基礎研究項目，中國林業科學研究院研究員段新芳就是這一領域的開拓者之一。在科學基金的資助下，段新芳等人的研究為這一技術走向市場作出了努力。
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合物。
“殼聚糖的前身是甲殼素，存在于硬殼類水產品的甲殼中，和纖維素、半纖維素、木質素相似，是一種長鏈化合物。”段新芳說。
甲殼素不溶于水、酸等物質。經進一步提取，就可得到殼聚糖。它溶于稀酸，這樣其化學反應活性就大大提高，在市場上作為一種化工原料出售。
“我們當時主要想解決木材防腐、防蟲方面的問題。出發點一是環保，二是資源的綜合利用。”段新芳說，“在我們將殼聚糖用在木頭防腐、防蟲處理前，作為一種高分子復合物，人們卻不知它該用在何處，也沒人用。我們就針對這一原料，進行下游產品開發。”
此前，木材防腐、防蟲處理主要靠金屬離子殺毒，傳統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。另一方面，木材處理后的成品和人們生活息息相關，因此還不能用砷、鉻等毒性太強的重金屬。而毒性較弱的殺毒劑效果又難如人意。低毒和長效持久一直是木材保護要解決的難題。
后來，研究人員發現殼聚糖對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大大提升，就能解決現有木材防腐劑中大量的砷、鉻對人畜造成的危害，具有高效低毒的特點。”段新芳說。
防腐抑蟲有新方
在國家自然科學基金等項目的資助下，段新芳開始對殼聚糖金屬鹽的合成及其木、竹材防腐防霉機理進行研究。該項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，測定金屬配位聚合物系列藥劑木材、竹材與木塑復合材料的防腐、防霉效果評價與機理，檢測了金屬配位聚合物藥劑防護處理對木、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應用中的科學基礎。
該研究小組采用抑菌圈法研究了殼聚糖金屬鹽防霉劑對木霉、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量分數。結果表明殼聚糖銅鹽對于所選菌種的抑制效果高于其他幾種試劑，且抑制持續性也較長。尤其對木霉和酵母菌的抑菌效果明顯，且抑制持續性也最長。
研究人員對杉木邊材、心材和毛白楊邊材表面涂飾不同濃度的殼聚糖乙酸溶液，測定分析處理前后的木材材色變化。結果發現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，其他色度學參數略有變化。在此基礎上，段新芳等人得出殼聚糖處理木材表面的最佳濃度值。采用此濃度進行處理對木材表面的進一步著色或涂飾無大影響。
上述研究表明，殼聚糖金屬配位聚合物是與著名的對環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，有較廣闊的應用前景。
“但這種方法的缺點是成本太高，用傳統方法處理一方木頭大約增加一兩百元，用殼聚糖就會增加五六百元，因此缺乏市場競爭力。”段新芳說，“近兩年技術改進很多，當時用水溶酸溶解殼聚糖，現在已經有了水溶性的殼聚糖，處理成本相對降低一些，但相對傳統方法還是偏高，在一些出口產品、室內高端家具上，才會考慮選擇這種方法。”
科學基金對年輕人很重要
段新芳長期從事木材保護、生物質材料科學研究工作，先后主持和參加完成了國家自然科學基金項目、“攀登計劃”等多項國家級科研項目。1991年以來，他出版了《俄羅斯木材貿易及其加工利用技術》、《古建筑木結構無損檢測和保護技術研究進展》、《木材顏色調控技術》、《木材變色防治技術》等專著7部，主持和參與制定了《木材綜合利用規范》等10項國家標準和行業標準。2006年，其殼聚糖金屬配合物木材防腐劑的制備方法及其應用獲國家發明專利授權。
“我非常感謝科學基金的支持，因為林科院結構調整，我現在主要轉作標準化管理，在申請第三個基金后就沒再參與申請。不過還是科學基金的評審專家，每年都會評審一些項目，對科學基金也很關注。”段新芳說，“科學基金對科研人員，尤其是年輕科研人員來說非常重要。目前中國的科研經費分配體制不是很科學，年輕人沒有機會參與競爭一些大的項目，而科學基金相對公平公正，在培養年輕人、開拓新的研究領域、保持傳統學科發展幾個方面作出重要貢獻。”
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（責任編輯：佳）
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