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木材防腐、防蟲市場巨大，但傳統(tǒng)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(yè)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。

 

 

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(chǎn)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(jīng)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(fā)點一是環(huán)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(chǎn)品開發(fā)。”

 

此前，木材防腐、防蟲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。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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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。

 

 

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(shù)。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(xù)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(xù)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(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，其他色度學參數(shù)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(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，有較廣闊的應用前景。

 

“但這種方法的缺點是成本太高，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(xiàn)在已經(jīng)有了水溶性的殼聚糖，處理成本相對降低一些，但相對傳統(tǒng)方法還是偏高，在一些出口產(chǎn)品、室內高端家具上，才會考慮選擇這種方法。”

 

 

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(guī)范》等10項國家標準和行業(yè)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(fā)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(xiàn)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(jīng)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(yǎng)年輕人、開拓新的研究領域、保持傳統(tǒng)學科發(fā)展幾個方面作出重要貢獻。”