基于辊压浸注法的杉松冷杉的防变色性能1)

杨胜丽 孙耀星 温明宇 闫文涛 丁子峰

(北华大学，吉林省·吉林市，132013) (吉林省龙井市林业局) (吉林森工白山人造板有限责任公司)



基于辊压浸注法的杉松冷杉的防变色性能1)

杨胜丽 孙耀星 温明宇 闫文涛 丁子峰

(北华大学，吉林省·吉林市，132013) (吉林省龙井市林业局) (吉林森工白山人造板有限责任公司)

对杉松冷杉试材进行2种药剂(质量分数为0.5%和1.0%)、2种压缩率(5%和10%)、2种压缩方向(径向和弦向)、2种压缩次数(1和4次)的防腐剂辊压浸注和常温常压浸泡处理，测试和研究不同浸注方法对试材载药量、防治效力和真菌感染形态的影响。结果表明：辊压浸注法的载药量高于浸泡法，提高了133.33%～224.24%；前者防治效力比后者提高了25%以上，当辊压浸注工艺为压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩、压缩4次时，试材的防治效力达到最大值81.97%；可可球二孢真菌在空白样、浸泡法和辊压浸注法试材中的发展顺序呈现由旺盛到纤弱、由充满细胞腔到局部存在的态势，与试材表面和内部的宏观特征表现一致。

杉松冷杉；辊压浸注法；蓝变；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(一种蓝变菌)会侵染某些针叶树材的边材部位，菌丝所到之处，会在木材表面形成深浅不一、斑驳陆离的块状蓝色或绿色图案，俗称“蓝变”或“青变”，与健康材对照颜色差异明显[1-2]。在适宜的温湿度条件下，5～7 d蓝变现象就会发生并蔓延；蓝变不仅劣化木材表面的视觉效果，木材力学性能亦有一定程度的降低[3-4]。国家标准中，存在蓝变的锯材被认定为缺陷产品并降低等级[5]。材表的蓝变在刨切时可除去，而深层的蓝变除去困难，如何保护木材不被蓝变菌侵蚀成为解决问题的首选。

工业生产中，一般是在木材表面喷洒防腐剂或将木材短时间浸泡于防腐剂中，使药剂覆盖木材表面，隔断蓝变菌与木材的接触达到保护木材的目的[6-8]。喷淋、涂刷或浸泡防腐剂的方法，药剂液滴停留在木材表面纤维的梢部，难以形成完整的覆盖层，防护性差、生产效率低。同时，原木锯制成板材后、人工窑干前的阶段性保护在生产上具有实际意义，那些防腐剂浸注量大、浸注深、成本高的长期保护方法是不适用的。

辊压浸注法是一种高效的药剂浸注方法，在液面下利用机械压辊将改性药剂压人木材至一定深度，对木板材的防护程度和水平介于常压法和加压法之间[9-11]；吴玉章等[12]采用辊压预处理改善树脂浸注的均匀性，研究表明质量增加率在纤维方向的分布更趋均匀；赵雪等[13]使用酚醛浸渍树脂对大青杨进行辊压增强处理，试材耐磨性提高了3.11%～23.17%；孙耀星[14]、闫文涛等[15]对大青杨进行辊压防腐处理，压缩率20%及以上，试材达到耐腐级别。

本研究以极易发生蓝变的杉松冷杉为试材，研究辊压浸注法和浸泡法在载药量、被害值、防治效力和可可球二孢真菌在试材内生长形态等方面的差异，为探索和研究该方法的技术化提供理论支撑。

1 材料与方法

试验试材：杉松冷杉(AbiesholophyllaMaxim.)，长6 000 mm、小头直径720 mm的特级优等原木1根，采集于吉林省蛟河林业实验区管理局清茶馆林场，加工为标准的径切板和弦切板，板材尺寸为300 mm(长)×100 mm(宽)×20 mm(厚)(长为木材顺纹方向)。所有试材均来自于原木的边材部分，纹理通直，材性均匀，无节疤、虫蛀和腐朽。接菌试验前保持试材的清洁、无菌感染发生。试样分3组：辊压浸注组、浸泡组和对照组。试样做好后在电热恒温鼓风干燥箱内干燥至绝干，测得其绝干质量。

蓝变菌：可可球二孢(BotryodiplodiatheobromaePat.)，由中国林业微生物菌种保藏管理中心提供。

药剂：实验室自配，成分包括ACQ、硼砂和硼酸。药剂分为两种质量分数：0.5%和1%，前者药剂质量分数配比为0.25%ACQ、0.125%硼砂和0.125%硼酸，后者所含3种成分依次为0.5%、0.25%和0.25%。

试验设备：辊压机，上压辊为主动辊，下压辊为从动辊，辊长250 mm，压辊直径200 mm，转速定为50 r/min。

环境扫描电子显微镜，美国Fei公司，型号Quanta 200；恒温恒湿箱，德国MMM公司，型号Climacell 404；电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司，型号DHG-9075A；立式压力蒸汽灭菌器，江阴滨江医疗设备有限公司，型号LS-B75L；超净工作台，常州中贝干燥设备有限公司，型号BCL-1360A；电子秤，量程30 kg，精度50 g。

药剂浸注方法：药剂对试材的浸渍采用辊压浸注法和常压常温浸泡法。

辊压浸注法处理工艺包括压缩率、压缩次数和压缩方向3个参数[16]。压缩率设定为5%和10%；每一种压缩率下的压缩次数分别为1和4次，多于1次的压缩，上一次辊压浸注完成后立即进行下一次；压缩方向依据木材年轮和施力方向的位置关系分为径向和弦向，对径切板施行弦向压缩，对弦切板施行径向压缩。

常压常温浸泡法(以下简称浸泡法)：是将试材浸入两种不同质量分数的药剂中，井字形堆垛，上压重物，液面高出最上层试材5 cm以上，浸泡时间3 min。

用于浸注药剂的试材，在浸注前需进行含水率的调整；方法是将试材放入压力—真空处理罐中，经过抽真空(真空度0.098 MPa，20 min)—注水—加压—保压(压力1 MPa，25 min)—卸压，取出罐中试材，常温常压下在清水中浸泡24 h，由水中取出后，干净湿布遮盖室内阴凉处放置48 h后(含水率87%～95%)，进行药剂浸注试验。

完成药剂浸注的试材，室内自然干燥12 h后，置于电热干燥箱中，逐渐升温至全干，测量试材浸注药剂后的干质量。

本研究共使用20种药剂浸注工艺(辊压浸注法16种，浸泡法4种)，每一种工艺6块试材，将对照样(不浸注药剂的试材)计算在内(径、弦切板各6块)，则需径、弦切板试材各66块。

试材浸注药剂的载药量计算公式：

R=(W0-W)/V。

式中：R为载药量，kg/m3；W0为试材浸注药剂后的全干质量，kg；W为试材浸注药剂前的全干质量，kg；V为试材的体积，m3。

蓝变菌对试材的感染和防治效力的测试：本研究为了更接近生产实际，采用大尺寸试材。蓝变菌(可可球二孢)对药剂浸注试材和对照样的接种、侵染方案及培养基的制作，试材被害值的测试方法和防治效力的计算，均参照国家标准(GB/T18261—2000)[17]进行。

2 结果与分析

2.1 载药量

测量每一块试材浸注药剂前后的绝干质量并计算其载药量，取相同药剂浸注工艺试材载药量的平均值，作为该种浸注工艺的载药量，结果见表1和表2。

表1 辊压浸注方法的载药量

表2 浸泡方法的载药量

由表1和表2可知，根据本研究中设定的工艺条件，辊压浸注法的载药量均大于浸泡法。忽略试材的类型(径切板和弦切板)，药液质量分数为0.5%、压缩率为5%和10%试材的载药量比浸泡法分别大133.33%和224.24%；药液质量分数为1.0%、相同压缩率试材的载药量比浸泡法分别大183.67%和218.37%。

对于辊压浸注法试材，在压缩率、药剂质量分数、压缩方向相同的条件下，载药量随着压缩次数的增加而增加，在压缩率5%、药剂质量分数1.0%、径向压缩时，压缩4次的载药量比1次提高了21.01%；在压缩率、压缩次数、压缩方向相同条件下，载药量随着药剂质量分数的增大而增大，在压缩率5%、压缩1次、弦向压缩时，浸注药剂质量分数1.0%试材的载药量比0.5%的增加了56.41%；在药剂质量分数、压缩次数、压缩方向相同的条件下，载药量随着压缩率的增大而增大，在药剂质量分数0.5%、压缩1次、弦向压缩时，压缩率10%的载药量比5%的提高了28.21%；在压缩率、药剂质量分数、压缩次数相同的条件下，径切板的载药量大于弦切板，在压缩率5%、药剂质量分数0.5%、压缩1次时，径切板试材的载药量比弦切板提高了27.87%。本研究中，当压缩率为10%、药剂质量分数为1.0%、压缩4次、弦向压缩的条件下，载药量达到最大值为1.83 kg/m3。

观察浸泡法的载药量，在其他浸注工艺相同条件下，径切板的载药量大于弦切板。杉松冷杉为针叶树材，轴向管胞占95%以上；轴向管胞胞壁上的纹孔主要位于径面壁，而弦面壁上纹孔数量少、尺寸亦小，纹孔是药剂进入木材细胞腔的主要通道[18]；对于径切板，板面的宽面为轴向管胞的径面壁，大量的径面壁纹孔裸露在木材表面，在同等条件下，药剂对径切板的浸注量大于弦切板。在辊压浸注法中，这一特征也表现的非常明显。

2.2 防变色性能

接种可可球二孢菌培养4周后，在试材厚度方向距离表面2.5 mm位置，沿顺纹方向劈开试材，目测试材表面感染面积和内部蓝变程度，核算每一块试材的被害值，取相同药剂浸注工艺试材(包括空白样)被害值的平均值，作为该工艺的被害值；以空白样的被害值为参考，对应于同类板材(弦向压缩对应于径切板，径向压缩对应于弦切板)，计算不同药剂浸注工艺的防治效力。不同浸注工艺的被害值和防治效力见表3和表4。由表3和表4可知，对应于空白样，浸泡法和辊压浸注法试材的被害值都有不同程度的下降，提高了对变色菌的防治效力。

浸泡法中，随着药剂质量分数的增加，试材对可可球二孢菌的防治效力上升。药剂质量分数由0.5%增大到1.0%，径切板和弦切板的被害值分别下降了17.39%和17.16%，防治效力则分别提高了31.79%和52.50%。对于不同类板材，径切板的防治效力高于弦切板，药剂质量分数为0.5%时，径切板比弦切板提高了43.56%，药剂质量分数为1.0%时，前者比后者提高了24.07%，这是由于防腐剂通过裸露的管胞径面壁纹孔更易进入木材的缘故。

表3 辊压浸注法的防治效力

表4 浸泡法和空白样的防治效力

辊压浸注法中，考查单一因素的影响，试材的被害值随着压缩率的增大、药剂质量分数的增加、压缩次数的提高而下降，而对变色菌的防治效力明显提升；压缩率由5%增大到10%，药剂质量分数0.5%、弦向压缩、压缩1次试材的防治效力提高了23.87%；药剂质量分数由0.5%提高到1.0%，压缩率5%、径向压缩、压缩4次试材的防治效力提高了44.06%；压缩次数由1次升为4次，压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩试材的防治效力提高了10.41%。弦向压缩(径切板)试材的防治效力大于径向压缩(弦切板)，增大的比率按照表2中由上到下的顺序依次为23.67%、13.25%、19.36%、5.14%、15.58%、15.49%、8.92%和9.84%。当辊压浸注工艺为压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩、压缩4次时，试材的防治效力达到最大值81.97%。

本研究中，浸泡法对试材的防治效力在24.63%～46.60%；在辊压浸注法中，除药剂质量分数0.5%、压缩率5%、径向压缩(弦切板)、压缩1次工艺对应试材的防治效力为42.04%外，其他浸注工艺试材的防治效力均高于50%。

根据表3和表4，药剂质量分数为0.5%时，径切板(弦向压缩)试材辊压浸注法防治效力的平均值为61.07%，比浸泡法提高了25%；弦切板(径向压缩)试材辊压浸注法防治效力的平均值为52.36%，比浸泡法提高了27%。药剂质量分数为1.0%时，径切板(弦向压缩)试材辊压浸注法防治效力的平均值为75.82%，比浸泡法提高了29%；而弦切板(径向压缩)试材辊压浸注法防治效力的平均值为68.66%，比浸泡法提高了31%。可见，辊压浸注法对变色菌的防治效力远大于浸泡法。

2.3 蓝变菌对试材感染性状

变色菌可可球二孢感染试材4周后，在试材厚度方向距离宽面2.5 mm处，沿顺纹方向劈开试材，取样在环境扫面电子显微镜下观察菌丝的生长、发展和蔓延情况。不同药剂浸注工艺试材(含空白样)内菌丝的发育生长情况见图1至6。

图1 空白样径切板试材

图2 空白样弦切板试材

图1和图2分别是空白样的径切板和弦切板试材，由于没有经过任何的防腐药剂浸注处理，试材不具有防御变色菌侵蚀的功能，可可球二孢在试材内的生长非常茂盛，菌丝粗壮、沿着管胞腔纵向生长和分布(箭头指向为菌丝，下同)、充满细胞腔。观察空白样的宏观特征，可见试材表面和内部均蓝变严重，劣化特征明显，与微观特征的表现相一致。

图3是采用药剂质量分数0.5%、浸泡3 min的浸泡法试材。与图1和图2相比，图3中的菌丝变得细弱、薄纱状，纤细的菌丝在细胞内壁的纹孔间蔓延和生长，占据细胞腔部分空间，进一步的发展和扩张受到抑制，说明试材具有了一定的防御变色菌的能力。

图3 药剂质量分数0.5%、浸泡3 min弦切板试材

图4 压缩率5%、药剂质量分数0.5%、径向压缩4次辊压浸注试材

图4和图5分别是压缩率5%、药剂质量分数0.5%、径向压缩、压缩4次和压缩率10%、药剂质量分数0.5%、弦向压缩、压缩4次辊压浸注试材。与空白样和浸泡法试材相比，这两种浸注工艺试材内的菌丝仅局部存在，且数量明显减少、菌丝更加纤细，真菌的繁殖受到严重抑制。

图6是压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩、压缩4次的辊压浸注试材。观察发现，500倍电子显微镜下已观察不到菌丝的存在痕迹，此种药剂浸注工艺条件已经能够完全抑制了可可球二孢真菌的生长。

图5 压缩率10%、药剂质量分数0.5%、弦向压缩4次辊压浸注试材

图6 压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩4次辊压浸注试材

3 结论

径切板试材的载药量大于弦切板。辊压浸注试材的载药量随着压缩率、压缩次数和药剂质量分数的增加而增大。辊压浸注法的载药量大于浸泡法，药液质量分数为0.5%、压缩率为5%和10%辊压浸注试材的载药量比浸泡法分别大133.33%和224.24%；药液质量分数为1.0%、两种压缩率试材的载药量比浸泡法分别大183.67%和218.37%。当压缩率为10%、药剂质量分数为1.0%、压缩4次、弦向压缩的条件下，载药量达到最大值为1.83 kg/m3。

浸泡法对试材的防治效力在24.63%～46.60%，辊压浸注法的防治效力在42.04%～81.97%之间，后者的防治效力比前者提高了25%；当辊压浸注工艺为压缩率10%、药剂质量分数1.0%、弦向压缩、压缩4次时，试材的防治效力达到最大值81.97%。

辊压浸注法对可可球二孢真菌繁殖的抑制作用大于浸泡法；空白样、浸泡法和辊压浸注法试材中菌丝的发展顺序呈现由旺盛到纤弱、由充满细胞腔到局部存在的态势，与试材表面和内部的宏观特征一致。

[1] 朱长俊,唐明,陈辉.华山松大小蠹体内外和坑道内蓝变真菌研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2003,31(5):83-86.

[2] 谢寿安,吕淑杰,AXEL SHOPF,等.蓝变真菌引起的欧洲云杉木质部解剖学特征及纤维素酶活性的变化[J].林业科学,2007,43(6):94-99.

[3] 李玉栋.预防橡胶木蓝变和霉变的研究[J].林业科学,2003,39(4):98-103.

[4] 刘媛,罗建举,项东云,等.马尾松木材防蓝变药剂实验室筛选试验[J].木材工业,2014,28(4):21-23.

[5] 中国标准出版社第一编辑室.木材工业标准汇编：原木与锯材[M].北京：中国标准出版社,2002：191-213.

[6] LEVI W, PAUL A C, TONY Y U. Prediction of long-term leaching potential of preservative-treated wood by diffusion modeling[J]. Holzforschung,2005,59(5):581-588.

[7] BAYSAL E, YALINKILIC M K. A new boron impregnation technique of wood by vapor boron of boric acid to reduce leaching boron from wood[J]. Wood Science and Technology,2005,39(3):187-198.

[8] BAMES H M, LINDSEY G B. Bending properties of wood treated with a new organic wood preservative system[J]. Bioresource Technogoly,2009,100(2):778-781.

[9] 井上雅文,足立幸司.液体中ロールプレス法による新規薬剤注入技術[J].APAST,2003,13(3):56-60.

[10] KOJI ADACHI, MASAFUMI INOUE. Rowell, Shuichi Kawai. Water removal of wet veneer by roller pressing[J]. Journal of Wood Science,2004,50(6):479-483.

[11] 孙耀星,刘一星,方桂珍.浅谈辊压法木材防护浸注技术[J].林产工业,2005,32(2):8-10,14.

[12] 吴玉章,黑须博司,伊腾贵文.辊压预处理改善树脂浸注的均匀性[J].东北林业大学学报,2005,33(1):23-24,40.

[13] 赵雪,孙耀星,刘君良,等.辊压浸注浸渍树脂致木材力学性质变异[J].林产工业,2014,41(1):23-27.

[14] 孙耀星,方桂珍,刘一星.辊压浸注处理大青杨木材的防腐性能[J].东北林业大学学报,2009,37(8):39-41.

[15] 闫文涛,孙耀星,庞久寅,等.辊压浸注压缩次数对木材防腐性能和力学性能的影响[J].东北林业大学学报,2015,43(2):70-74.

[16] 孙耀星,刘一星.辊压浸注处理大青杨的浸注深度[J].东北林业大学学报,2007,35(11):32-33,43.

[17] 中国标准出版社第一编辑室.木材工业标准汇编：基础标准与方法标准[M].北京：中国标准出版社，2002：380-385.

[18] 刘一星,赵广杰.木材学[M].北京：中国林业出版社,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)国家自然科学基金项目(31470022)，吉林省科技发展计划项目(20130413049GH)，吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(2014-174)，吉林省省级经济结构战略调整引导资金专项(2015Y079)。

杨胜丽，女，1969年12月生，北华大学林学院，助理实验师。E-mail：1289710973@qq.com。

孙耀星，北华大学林学院，教授。E-mail：sunyaoxing@sina.com。

2016年7月15日。

S781.72

责任编辑：潘 华。