左春麗

揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

自古以來木材就是重要的生產(chǎn)生活材料。對木材的利用可以追溯到人類的起源。從簡單的工具到龐大的商船，對木材的利用貫穿著人類的歷史軌跡。但是作為一種生物資源，木材有一定的降解性，特別是在極端的環(huán)境條件下。水、日光、真菌、昆蟲都會在一定的條件下對木材的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。因此，人們不斷采用新的技術(shù)和材料來保護(hù)使用中的木材。最傳統(tǒng)的方法就是使用桐油或者油漆來涂飾木材，延長木材的使用壽命。

圖1

隨著化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，化學(xué)防腐劑應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)今，最常用的防腐劑是水性防腐劑，通過介質(zhì)水將溶解性防腐成份輸送到木材中與其結(jié)合。在水份蒸發(fā)后防腐物質(zhì)留于木材中起到防腐作用。低含量的水基防腐劑不會對木材的材性有任何影響，但是會對木材的顏色有一定的改變。通常用到的防腐劑有鉻化砷酸銅（CCA）、胺溶銅季銨鹽（ACQ）和CA 等，本文重點(diǎn)研究CCA和ACQ 防腐原理與回收利用現(xiàn)狀，以期為此類防腐木的生產(chǎn)應(yīng)用及回收處理提供一定的理論依據(jù)。

2 鉻化砷酸銅--Chromated Copper Arsenate(CCA)

CCA 的應(yīng)用始于19 世紀(jì)30 年代，其主要成份包括六價(jià)鉻(CrO3)、銅(CuO)和砷(As2O5)。酸堿值一般在1.6 到2.7 之間[1]。最常用的類型是CCA-C。水性防腐劑與木材的結(jié)合通常叫做固化。固化過程就是六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻的過程[2]，在這個(gè)過程中，鉻離子起到了氧化作用。通常鉻的反應(yīng)方程式可以歸結(jié)為：

CCA固化后，木材中的三種主要成份以不同的形式存在，主要包括木素-CrAsO4復(fù)合物，二價(jià)銅和纖維素及木素的復(fù)合物，鉻沉淀物[4、5、6]。結(jié)合后，銅離子起到防止真菌和細(xì)菌對木材的破壞；砷起到抵御昆蟲破壞的作用；同時(shí)，CCA 在一定程度上有助于木材對氣候的抵抗能力。

雖然CCA 對木材能起到很好的保護(hù)作用，但是其內(nèi)部三種主要重金屬成份對環(huán)境會有潛在的影響；用于室外環(huán)境中的CCA處理木材，其防腐成分可能會隨著水份滲透到土壤中，滲透的多少取決于當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒂晁?、土壤酸度以及木材制品的使用時(shí)間[7]。

在使用過程中，CCA會產(chǎn)生一定的危害，而且當(dāng)CCA處理過的木材到達(dá)使用年限需要被回收處理之際還可能造成更多的環(huán)境影響。如最常用的“直接填埋”這種處理方式，由于填埋廠本身的酸性土壤會加速CCA 成份向土壤中的滲透，繼而進(jìn)入地下水資源中，從而對環(huán)境健康帶來負(fù)面的影響；另外的處理方式是通過燃燒將其轉(zhuǎn)換為能源，但是燃燒過程會導(dǎo)致更高濃度的砷釋放出來，則會對健康和環(huán)境帶來更大的影響[8、9、10]。

隨著研究的深入，CCA會帶來健康風(fēng)險(xiǎn)得到共識，雖然沒有確鑿的證據(jù)來量化CCA 的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但輿論壓力依舊使得美國和加拿大的木材防腐行業(yè)自2003 年以來自愿地不將CCA 用于住宅用木材；雖然如此，良好的防腐性能依舊使得CCA處理的木材在許多國家廣泛使用，特別是各種商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，如電線桿，柵欄，木樁結(jié)構(gòu)等。

3 胺溶銅季銨鹽--Alkaline Copper Quat(ACQ)

由于CCA 會對環(huán)境造成一定的破壞，CCA 的使用受到了一些限制，從而使得ACQ這種更加“綠色”、環(huán)境性能更優(yōu)良的防腐產(chǎn)品被歐美國家廣泛應(yīng)用。ACQ 中沒有CCA 含有的鉻和砷，主要阻止細(xì)菌和真菌腐蝕的物質(zhì)是銅，而季銨化合物作為銅的補(bǔ)充，也能起到抗菌作用，同時(shí)也是很好的殺蟲劑。

在ACQ 固化到木材的過程中，胺對銅的固化起到至關(guān)重要的作用，它能使銅與木材以Cu-ethanolamine 復(fù)合物的形式結(jié)合在一起[11、12、13、14]。當(dāng)ACQ溶液被注入到木材中時(shí)，它會與半纖維素和木素產(chǎn)生離子交換反應(yīng)。銅的固化與木材中的負(fù)離子羧基和酚基有關(guān)[14、15、16]。

ACQ已經(jīng)在很大程度上替代了CCA，用于處理室外用木材。相對來說，它有以下的優(yōu)勢：

（1）ACQ有相對均衡的抗生物侵襲性，比如應(yīng)對真菌腐蝕和白蟻的破壞。

（2）ACQ能避免在處理和回收過程中，出現(xiàn)CCA處理木材中鉻和砷等化學(xué)元素對環(huán)境的潛在影響。

（3）若使用燃燒處理，它產(chǎn)生的灰分中含有更少的重金屬污染。

當(dāng)然，ACQ 也有自身的弱項(xiàng)：ACQ 處理過的產(chǎn)品會染上綠色；ACQ會加速木材金屬緊固件的腐蝕，所以銅的或者鐵的緊固件必須要使用熱鍍鋅工藝來防止ACQ對金屬件的影響。

4 防腐劑處理木材的處理與回收

雖然化學(xué)防腐劑的應(yīng)用可以使木材的使用壽命成倍的增長，但是木制產(chǎn)品到了一定的使用年限后依然需要面對如何進(jìn)行后處理的問題。通常的方法就是掩埋，但是如上文提到的，防腐劑中的某些成份會對土壤和水源帶來負(fù)面影響。因此，合理地回收利用防腐劑處理木制品已經(jīng)受到了越來越多的關(guān)注，目前已經(jīng)有多種處理方法被研究出來，其中包括燃燒回收能量、重塑木材復(fù)合物、熱解處理、液化、蒸汽處理、電解回收、封閉式回收等[17、18、19]。

圖2

燃燒或者熱解處理會有灰分污染環(huán)境的潛在影響，所以用化學(xué)方法回收防腐劑中的有害成份成為目前主要的研究方向之一。采用化學(xué)方法將防腐劑元素從木材中提取出來，一方面可以凈化木材用于隨后的利用；另一方面可以將這些防腐劑成份通過配方重新利用。很多研究已經(jīng)證明：合理地使用化學(xué)提取劑可以很好地將防腐劑成份從木材中分離出來[20-27]?，F(xiàn)今的研究主要集中于如何更好地控制成本以使這種技術(shù)更好地運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)之中。

5 結(jié)束語

國外的化學(xué)防腐劑技術(shù)已經(jīng)相對成熟，與其本身木材資源的廣泛利用有關(guān)。我國的木材資源匱乏，有很大的比例是從國外進(jìn)口用于家具、人造板、包裝板、建筑用的木材等[28]。防腐劑的合理利用能很好地延長室外用木材的使用壽命、拓寬木材的應(yīng)用范圍，在很大程度上提高了我國對有限木質(zhì)資源的優(yōu)質(zhì)、優(yōu)效利用，節(jié)省了成本。隨著防腐木的利用日益廣泛，對防腐木回收利用的深入研究迫在眉睫。我國需要更好地借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范防腐劑的生產(chǎn)、處理和使用過程，使其更好地促進(jìn)木材產(chǎn)品的合理利用。