热改性橡胶木防止粉蠹虫害分析

李冠君 李彤彤 李民 李晓文 秦韶山 李家宁

摘 要 考察热改性橡胶木在海南岛自然环境下遭受粉蠹虫害的程度、热改性前后木材淀粉和游离糖含量变化。结果表明：橡胶木素材未经过传统的硼化物加压浸注防腐处理，1 a后遭受粉蠹虫蛀，185 ℃/3 h和215 ℃/3 h热改性的炭化橡胶木在海南自然条件下放置3.5 a，试材未受到粉蠹虫危害。橡胶木素材中淀粉含量为6.69%，蔗糖占索氏抽提成分比例9.96%，经过高温热改性后，其淀粉与蔗糖含量大幅度降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低为1.03%、蔗糖占索氏抽提成份比例降低为0.67%。

关键词 热改性；橡胶木；粉蠹虫；淀粉；蔗糖

中图分类号 S781.4 文献标识码 A

The Susceptibility of Heat Modification Rubberwood to

Powder Post Beetles Attack

LI Guanjun， LI Tongtong， LI Min， LI Xiaowen，

QIN Shaoshan， LI Jianing *

Rubber Research Institute， CATAS / State Engineering and Technology Research

Center for Key Tropical Crops， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract This paper investigated the susceptibility of heat modification rubberwood attacked by powder-post beetles in Hainan Province. The results indicated that the rubberwood which was not treatmented with boric acid or borax was attacked by powder-post beetles after one year. While three years later， the heat treatment rubberwood at 185 ℃/3 h and 215 ℃/3 h was not attacked under the natural environment in Hainan. The starch and sucrose content of fresh rubberwood was 6.69% and 9.96%， while they were significantly reduced after high-temperature thermal modofication. The starch and sucrose content was 1.03% and 0.67% after 3 h thermal modification at 200 ℃。

Key words heat modification； rubberwood； powder post beetles； starch； sucrose

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.01.020

木材熱改性处理是近年来产量较大的商业化木材改性技术之一[1-3]，通过热改性能有效提高处理木材的尺寸稳定性、耐腐性，并改变木材的颜色，赋予其热带硬木的色泽[4]。粉蠢虫是世界性木材害虫，国内黄河以南危害比较严重，许多种阔叶树，如豆科及桑科的边材、榆树、白蜡树、黄桐和橡胶木等以及竹材和藤材等常受粉蠢虫危害[5-6]。水浸法保存原木及锯材是我国民间传统的防蛀方法，但浸水时间较长[7]，工业上一般采用化学防虫药剂加压浸注处理[8-9]。

笔者在研究热改性对橡胶木材性作用的基础上[10-11]，进一步考察高温热改性对炭化橡胶木防止粉蠢虫虫害的作用，并测定热改性前后橡胶木中淀粉和游离糖含量变化，为新一代橡胶木初加工工艺研发和推广提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试材为35年生人工林橡胶树（Hevea brasiliensis），采自中国热带农科院试验场5队，品系‘PR107。在橡胶研究所橡胶木材工程中心中试工厂制材实验区随机选取未防腐处理的橡胶木锯材，分为：小规格（厚度2.5 cm）、方条（厚度5.5 cm）和自然板（厚度3.5 cm），低温窑干至含水率12%，备用。

1.2 方法

1.2.1 对照处理 常规窑干橡胶木小规格料（厚度2.5 cm，60 ℃干燥），宽度5.5 cm和7.5 cm两种，长度60～100 cm，数量200块。

1.2.2 热改性 将试材堆垛置入容量0.3 m3不锈钢炭化箱中（江苏星楠），待测试件放置于处理箱中部，并按以下3种方式放入橡胶木商品材：（1）185 ℃，处理3 h，规格为65 cm×5.5 cm×5.5 cm，数量为100块；（2）200 ℃，处理3 h，厚度3.5 cm，长度100～130 cm的梯形整边锯材，数量为30块；（3）215 ℃，处理3 h，厚度3.5 cm，长度100～130 cm的梯形整边锯材，数量30块。3次试验过程木材初含水率、升温速度、降温过程等工艺均相同。

1.2.3 虫害现场试验 （1）试验木材堆垛放置在橡胶研究所木材工程中心1号木材虫害室内试验室，实验室有一面墙体为砖砌的半通透窗与户外连通。所有试材自下而上一层对照处理橡胶木，一层热改性橡胶木分层堆垛，不同温度热改性处理的橡胶木也分层堆积，材堆上部3层均为对照橡胶木，对照试材用于吸引粉蠹虫并对虫害程度进行评价。试验方法部分参考“GBT 18261-2000 防霉剂防治木材霉菌及蓝变菌的试验方法”中野外现场试验试件堆垛的方法，每年拆跺检验1次。（2）将热改性橡胶木试件各1块（规格10 cm×10 cm×2 cm）[10]与未经过硼化物防虫处理的对照试件5块，一同放置于与1号实验室相邻的2号实验室内，自然遭受虫害，该实验室内还存放较多的橡胶木与其他木材。

试验开始时间为2012年3月26日，于2013年3月7日、2014年3月27日、2015年9月26日各观察记录1次，按照木材表面被粉蠹虫蛀面积的百分比统计虫害程度，虫害木材的质量变化作为参考。

1.2.4 项目测定 热改性木材淀粉和游离糖含量变化：采用722G紫外分光光度计及液相色谱分析橡胶木中的淀粉和游离糖[12]，分别测定橡胶木素材和热改性处理后橡胶木的淀粉和游离糖的含量。

2 结果与分析

海南儋州属热带海岛季风气候，年均气温23.2 ℃，年均降水1 815 mm，鳞毛粉蠹等粉蠹虫尤为活跃、常见，成虫易在木材表面的管孔中产卵，对具有较大管孔木材的边材危害最烈，卵孵化后，幼虫随即钻进木材内危害，使木材内部蛀成粉末[6-7]。表1为处理橡胶木淀粉和游离糖含量变化及室内放置3.5 a粉蠹虫蛀程度。对照橡胶木素材未经传统的硼化物加压浸注防腐处理，1 a后遭受粉蠹虫蛀，200块试材每一块的虫蛀面积均超过50%，试材表面布满虫蛀留下的木粉，3.5 a后虫蛀程度加重，不仅虫蛀面积增加，木材内部基本上已被蛀虫排泄物充满，丧失强度，触之即碎。185 ℃/3 h和215 ℃/3 h的热改性试材，去除上层对照试件落下的白色虫粉，表面无虫蛀的孔洞和虫粉，木材外观与试验初期无变化，试材未受到粉蠹虫危害。

2号实验室内放置了185 ℃和200 ℃的热改性橡胶木，其处理时间为3 h，3.5 a后，对照橡胶木亦遭受严重虫害，木材基本成为粉末，不同处理的热改性橡胶木试块表面随机出现几处与木材纹理平行的虫蛀痕迹，其尺寸宽5 mm，长10 mm，深2～3 mm，但均在表面较浅层，未进入木材内部的孔洞，木材基本完整。

橡胶木素材中的淀粉含量为6.69%，蔗糖和果糖占水索氏抽提成份分别为9.96%、4.13%，經过高温热改性后，其含量均大幅降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低至1.03%、蔗糖和果糖占水索氏抽提成份比例降低为0.67%、1.09%。

作为天然橡胶栽培的产物之一，橡胶木由于富含6.59～11.25%的淀粉和1.05～2.29%的游离糖，且淀粉含量在不同植株、同一树干不同部位和不同高度差异不显著[12]，木材极易遭受粉蠹虫危害，制作的家具很快虫蛀损坏，以前只能作为燃料。20世纪70年代以来，中国和马来西亚、泰国等采用硼化物作为橡胶木的化学改性剂加压处理进行防虫处理，配合防霉剂防止木材蓝变，使得橡胶木成功地从薪炭材变为商品锯材，成为一种性价比高、可持续利用的人工林木材，目前广泛应用于国内外家具及室内装修，工业上一般每立方米橡胶木硼酸和硼砂的载药量分别为2 kg和4 kg[8-9]。

1号实验室放置的热改性处理185 ℃和215 ℃橡胶木在热带海南岛粉蠹虫活跃地区保存3 a多而未受到虫害，而对照1 a后即全部被虫蛀，2号实验室的热改性橡胶木表面有少量虫蛀痕迹，但虫并未进入木材内部，且遭受虫蛀的对照木材表面虫孔小于1号实验室对照试材，根据文献报道，海南岛发现的粉蠹虫有5种[5]，推测可能是不同种的粉蠹虫蛀所致。2个不同实验室研究结果表明，热处理赋予了橡胶木防止蠹虫的功能。热改性是一种物理方法，处理过程仅用热源和水蒸气，炭化木的尺寸稳定性和耐腐性提高，但木材的强度有一定损失[13]，根据产品的用途，控制好热改性工艺条件，可以达到兼顾产品性能和防止粉蠹虫的平衡点。

松木和橡胶木等热改性材不能抵抗白蚁[12-14]。在中国，白蚁主要分布于长江以南，黄河以北较少见，危害较轻，而粉蠹虫在高纬度地区仍然有分布，若制作餐桌和沙发等木制品，白蚁由于怕光等无法蛀蚀室内的桌椅，往往危害地板和天花板等无法移动的木制品。现代橡胶木加工厂一般都拥有足够的干燥能力，原木锯材后3～5 d内即可进窑干燥，发霉和蓝变的情况较少，由于炭化处理后木材颜色加深，与原有浅色橡胶木相比，由于色差接近，即使少量蓝变也不影响炭化木使用。因此，对于制作桌椅、沙发等橡胶木传统木制品，仅经过热改性后，有望作为一种无化学处理剂而尺寸稳定性优良的木材进行工业化应用。对于大规模生产，橡胶木属易干木材，可通过高温干燥和热改性联合工艺高效生产炭化木，成本与传统防腐处理工艺增加不多。

热处理后，橡胶木中淀粉和游离糖含量大幅减少，可能是其具有防止粉蠹虫害的重要原因。施振华等研究表明，粉蠹虫虽依靠取食木材为生，但体内缺乏纤维素酶，不能消化纤维素和木质素，细胞内含物（淀粉、糖等）是其主要营养成份，大量纤维素和木质素通过消化道后变成粉未排出体外。另外，粉蠹幼虫在人工饲料中，添加淀粉及游离糖的，体重增加较多，而不添加则体重减轻，故含淀粉少的木材也不易受粉蠹虫害[5，7]。考虑到自然条件下，不同种类粉蠹虫蛀木材的选择性和生物不确定性，以及木材由于热化学反应，产生了少量新的抽提化学成分[15-16]，如糠醛等，干扰了粉蠹虫对木材的识别或对木材中淀粉等营养物质的吸收，使其不再蛀蚀木材或不愿进入木材内部。热改性过程产生的新物质对防止蠹虫的作用，有待进一步试验。

3 结论

橡胶木素材未经过传统的硼化物加压浸注防腐处理，1 a后遭受粉蠹虫蛀，丧失强度，185 ℃/3 h和215 ℃/3 h热改性的炭化橡胶木在海南自然条件下放置3.5 a，试材未受到粉蠹虫危害。

橡胶木素材中的淀粉含量为6.69%，蔗糖和果糖占水索氏抽提成分比例分别为9.96%、4.13%，经过高温热改性后，其含量均大幅度降低，200 ℃/3 h淀粉含量降低至1.03%、蔗糖和果糖占水索氏抽提成份比例降低为0.67%、1.09%。

经过热改性处理初步表明，热改性炭化橡胶木不经其他处理具备抗粉蠹虫的能力，及生产耐久性桌椅等木制品的工业化应用前景。

致 谢 感谢上海木材工业研究所马心教授和陈翠、朱智峰同志对本文的指导和帮助！

参考文献

[1] 丁 涛， 蔡家斌， 耿 君. 欧洲木材热处理产业和标准化[J]. 木材工业， 2015， 29（3）： 26-30.

[2] 丁 涛， 蔡家斌， 耿 君. 欧洲木材热处理技术的研究及应用[J]. 木材工业， 2015， 29（5）： 29-33.

[3] Willems W. Quality control methods for thermally modified wood： a review： Holzforschung[J]. Holzforschung， 2015， 69（7）： 875-884.

[4] 顾炼百， 李 涛， 涂登云， 等. 超高温热处理实木地板的工艺及应用[J]. 木材工业， 2007， 21（3）： 4-7.

[5] 施振华， 谭淑清. 鳞毛粉蠹的研究[J]. 林业科学， 1981， 17（4）： 406-412.

[6] 邹 伟. 橡胶树小蠹虫防治初报[J]. 热带农业科技， 2001， 24（4）： 4.

[7] 施振华， 谭淑清. 中国阔叶材的粉蠹虫害及防治[J]. 林业科学， 1987， 23（1）： 109-114.

[8] 蒋明亮， 张厚培. 橡胶木防腐防蛀技术研究概况[J]. 木材工业， 1996， 10（6）： 22-24.

[9] 伍而玉， 雷 斌， 陈达志， 等. 三种水溶性木材防腐剂防治橡胶木腐菌的毒性试验[J]. 热带作物学报， 1985， 6（2）： 95-100.

[10] 李 民， 秦韶山， 李曉文， 等. 处理时间对热改性橡胶木物理力学性能的影响[J]. 林产工业， 2012， 39（4）： 31-33.

[11] 李晓文， 李 民， 秦韶山， 等. 高温热改性橡胶木的生物耐久性[J]. 林业科学， 2012， 48（4）： 108-112.

[12] Azizol A K， Rahim S. Carbohydrates in Rubberwood （Hevea brasiliensis Muell.） [J]. Holzforschung， 1989， 43（3）： 173-178.

[13] 顾炼百， 丁 涛， 吕 斌， 等. 压力蒸汽热处理木材生物耐久性的研究[J]. 林产工业， 2010， 31（5）： 6-9.

[14] 马星霞， 蒋明亮， 吕慧梅， 等. 樟子松热处理材耐腐性的评价[J]. 木材工业， 2009， 23（5）： 45-47.

[15] 杨 洁， 魏洪斌， 赵 阳， 等. 压力式高温处理对橡胶木苯/醇抽提物含量的影响//第十三次全国木材干燥学术研讨会论文集[C]. 2011： 339-344.

[16] Esteves B， Graca J， Pereira H. Extractive composition and summative chemical analysis of thermally treated eucalypt wood[J]. Holzforschung， 2008， 62（3）： 344-351.