竹材通过端部压注处理进行防裂及防蛀的研究.doc

竹材通过端部压注处理进行防裂及防蛀的研究许 斌 张齐生(南京林业大学 南京210037)摘 要 为了提高处理液在竹材内的渗透速度以及渗透效果，实验设计了一套端部压注装置，并将几种高分子化合物压注到竹材内部。结果表明：从酚醛树脂处理材扫描电镜由中可知，发现酚醛树脂已渗透到绝大多数的纤维和薄壁细胞胞壁中；在防裂性方面，聚乙二醇(PEG)处理材、无机盐处理材以及酚醛树脂处理材均具有较好的防裂效果；防蛀效果从最佳到较好的试剂排列为：35氟化钠(NaF)，34氯化钙(CaCl2)，4五氯酚钠(NaPCP)，15聚乙烯醇(PVA)，25氯化钠(NaCl)；本次防裂防蛀处理中，氯化钙(CaCl2)的防裂防蛀效果最佳，氯化钠(NaCl)防裂防蛀效果略逊。 关键词 圆竹防裂；竹材防蛀；端部压注；尺寸稳定性；抗劈力；竹长蠹竹材的防护处理通常采用浸渍、喷洒及涂刷等方法，这几种方法的处理时都较方便，但效果不甚理想，只能起到暂时防护目的。由于竹青表面附有蜡质，竹青层有十多层厚壁细胞，且节间无射线组织等横向联系，药剂很难渗入。药剂渗入竹材的主要通道是维管束的导管、筛管和细胞间隙，它们孤立于一些木质化的厚壁细胞之间。药液渗透主要通过细胞壁上的单纹孔进行，渗透能力很低，有时即使导管中充满了药剂，仍难以渗透到附近的纤维和薄壁细胞中。如干材在水溶液中常温浸渍24hm2，通常只能渗进510mm，使用喷洒及涂刷方法只能渗进1-3mm。如果处理材再次进行精加工，处理层被去除，加工面又重新受到菌虫的侵蚀。采用加压罐处理时，由于竹材浸渍于处理液中，竹材空隙中的空气受压不能有效地排出，药液仍难渗入其中。 试验采用改进的树液置换法端部压注法，让竹材在高含水率状态下，压注进水溶性的无机盐、高分子化合物以及防虫剂等，让这些药剂沉积于细胞腔或细胞壁中而起到稳定尺寸、防蛀等效果。使处理材的使用寿命大为延长，增加其使用价值。1材料与方法1.1材料1.1.l圆竹试验所用的毛竹(Phyllostachys；heterocycla varPubescens)采自南京林业大学竹园，试验用竹为6年生。下端直径为80Film左右，由于最下段的竹节间距太短，加上直径变化较大且形状不规则，一般将离地2030cm下段截去不用。因砍伐竹材气干后会使溶液的渗透作用减弱，加之气干后的细胞孔径变小，所伐竹材应在一星期内做完试验，试验竹段长度为lm左右。1.1.2防裂试剂(1)聚乙二醇(简称PEG)。试验用的聚乙二醇的平均分子量为1 000。(2)酚醛树脂。根据戈德斯坦(Goldstein)等对酚醛树脂的研究表明，羟甲基酚的数目对尺寸稳定的影响极大。即树脂缩合度低，羟甲基酚的量就多，抗膨润(收缩性能)(ASE)就越高，如用低分子量的树脂处理，也能产生比水大的膨润，即所谓的充胀效果的缘故，使处理材的ASE就高。(3)无机盐类。选用了氯化钠、氯化钙、氯化镁以及碳酸钠等无机盐类。(4)聚乙烯醇(简称PVA)。由聚乙酸乙烯酯经皂化而成的高分子化合物。1.1.3防蛀药剂为了比较防裂试剂的防蛀效果，选用了氟化钠和五氯酚钠两种药剂作为对比。1.2端部压注原理及装置1.2.1端部压注原理竹壁外层的竹青和竹壁内层的竹黄，两者都是致密结构，加上节隔组成一层密封层，将竹肉紧夹其中。而竹材内起输导作用的导管和筛管等，在刚砍伐不久，仍保持其畅通的结构，处理液在一定的压力下很快压进导管及筛管之中，并通过导管壁上呈梯状或网状的具缘纹孔与纤维及薄壁细胞的单纹孔相贯通，药剂在压力及高浓度下会渗透进并沉积于纤维细胞及薄壁细胞内，起到膨胀细胞壁并减小收缩的作用。1.2.2端部压注装置该装置由动力系统、贮液罐、压注帽三大部分组成(见图1)。动力系统由空气压缩机等组成，提供一定的气压于贮液罐内，处理液在气压的作用下流进压注帽内。压注帽是该装置的关键部分，由于竹材的外形多为接近圆的椭圆，为此需要选择合适的密封圈，密封圈要有一定的弹性，才能满足不同直径、不同形状竹材的密封。1.3防裂试验将所伐竹材在端部压注装置进行如表1的试验，为了确保其端面导管及筛管的畅通，需将待密封的竹端先截去10mm厚的段竹环，并用水洗去端面的杂质。表1处理材所用试剂及试验结果表试验编号试剂溶剂溶液浓度（%）处理前含水率（%）处理后含水率（%）筒叙平均干缩率（%）处理效果I-1I-3II-2II-3II-4III-1III-2III-3III-4III-5IV-1IV-2IV-3IV-4V-1V-2V-3/CaCl2,NaCo3CaCl2,NaCo3PEGPVAPVAPVA,硼砂PEG聚乙烯缩丁醛乙基纤维素酚醛酚醛酚醛 酚醛NaclMgcl2.6H2OCaCl2,6H2O水水水水水水水水 酒精70%二甲苯30%酒精水水 水水水水水/28.6,2528.6,25257.531.52521.225344044.52555.63486.6454.9963.94115.4299.1982.374.8875.9358.2555.1266.0460.458.655.3662.4251.9944.47.4817.279.134.010.416.710.59.835.73.710.2610.6811.2512.1310.814.717.85.361.342.688.798.563.494.522.654.393.892.862.663.262.962.261.25无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝有裂缝无裂缝无裂缝无裂缝有裂缝有三条缝无裂缝有条长缝有条裂缝无裂缝有4条缝有4条缝1.4防蛀试验为了检验防裂试剂的防蛀效果，另备了两种长效杀虫剂，通过端部压注法处理压进竹材内，为了对比生材处理材，与气干处理材的防蛀效果，在一已气干的圆竹段内压注进同样的杀虫剂。将处理竹材劈成长80mm，宽25mm左右的竹条，放置于培养皿中，并在每只培养皿中放进20只竹长蠹，20天后观察其结果。处理方法及防蛀效果见表2。本次防蛀效果采用蛀孔数、蛀屑重、死虫数作为评价指标，以对照组中的蛀孔数为。分，以无蛀孔为100分；蛀屑重同样以对照组为0分，以无蛀屑为100分；死虫数也以对照组为0分，以蛀虫全部死亡为100分(见表3)。表3防蛀处理材得分表 试件编号分数试件编号分数试件编号分数I-3II-2II-3III-2III-3III-42081577.51951380IV-1IV-2IV-3IV-4V-1V-24771556414589V-3A4A5A6A7对照组23519812420825102结果与分析2.1端部压注处理的渗透性为了检验端部的压注处理过竹材的渗透性，将固含量为445酚醛树脂处理材-4与无处理材制作成切片，在扫描电镜(SEM)中拍摄为电镜照片，见图25，图2为6龄无处理竹材的薄壁细胞，图3为2龄无处理材的髓外组织(竹黄)，图4为-4的薄壁细胞，图5为-4的髓外组织。可知：图2与图4均为薄壁细胞，图2的胞壁横切面呈拉毛状，中间空隙较多，而图4的胞壁横切面较为光滑，且空隙少，呈现典型的含树脂状态。且发现图4胞壁的淀粉粒已被渗进的树脂粘住成块状，而图2中的淀粉粒则呈分散的小球状。图3与图5同为髓外组织，图5的多数髓外组织的胞腔中被树脂充满，而图3中则无此现象。2.2防裂试验结果为了检验处理材的防裂效果，试验采取室内快速干燥检验法、室外日晒风吹检验法以及用竹材抗劈力来分析对竹材防裂性的影响，表1中的试验结果即是在恒温40，相对湿度为30，经15天处理后测得的。从中可知：无机盐处理材的外表弦向干缩率134一268，是所有处理材中干缩最小的，确实起到了充胀细胞壁的作用；PEG处理材-3由于初始含水率较高为1154，所以在湿度较低的情况下出现了轻微皱缩现象，外表弦向干缩率竞达879，而同样用PEG处理的-3，由于初含水率为7593，其干缩率365，小于同株未处理材的干缩率385，122 1-两组用PEG处理的竹材经过15天的快速干燥处理，圆竹都无裂缝；酚醛树脂类处理材，其干缩率较小，外表弦向干缩率为266326。其中以固含量为34的树脂处理材-2的外表弦向干缩率最小，且表面未出现开裂，树脂处理材的固含量以多少为好，有待以后进一步研究；15PVA处理材，外表弦向干缩率为452，可知处理材在尺寸稳定性上一般，虽处理材经干燥后无开裂，但其防裂性能还有待室外处理进一步观察。2.3防蛀试验结果从表2及表3可知：以35氟化钠(NaF)溶液压注处理防蛀效果最好，生材压注处理后的防蛀效果优于气干材；高浓度的34氯化钙(CaCl2)溶液压注处理材防蛀效果较好，仅次于35的氟化钠溶液，得分235；4五氯酚钠(NaPCP)溶液处理材防蛀效果略逊于34氯化钙(CaCl2)溶液，得分198；25氯化钠(NaCl)溶液处理材防蛀效果稍差一点，但死虫数为7只，说明处理材被蛀食时的确起到毒杀作用，加之氯化钠(NaCl)对人无毒，有望用于餐饮业的食具防蛀处理。2.4其他竹材的抗劈性是指竹材抗拒被具有楔作用的工具而劈开的特性，抗劈力是由最初产生劈裂所需的外力及其后劈开木材所需的外力来决定的。由于竹材的物理力学性能测试标准中无抗劈力这一检测方法，加以竹材的壁薄中空，不能按国标GBl942-9木材抗劈力试验方法中截成20mmX20mmX50mm(纤维方向)的试验小块。在本次抗劈力试验中，将竹材劈成宽度为20mm左右的竹片，长度50mm，厚度就取竹壁厚度，其余尺寸按国标中的规定制作。竹材的抗劈力虽然从一定意义上讲是衡量其内部横向抗拉应力的指标。由于防裂试剂的充胀作用，处理材的抗劈力小于未处理材的抗劈力，只有固化后的V-3、4两酚醛树脂处理材的抗劈力大于未处理材。因此抗劈力的大小对圆竹的干裂性影响较小，不能作为衡量圆竹是否易开裂的指标。 3结论(1)端部压注处理的渗透性效果远比其它处理方法都佳，效率较高，且设备价廉以及操作简单，比较适合竹材的防护处理，尤其适合处理大径级的丛生竹而作为柱材等使用。(2)PEG处理材、无机盐处理材及酚醛树脂处理材均具有防裂效果，无机盐中氯化钙(Ca