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竹材霉变的因素

       我国竹资源丰富,是木材的重要替代材料。当世界森林面积在慢慢减小时,竹林面积却在每年以3%的速度增长。因此,竹子被认为是21世纪最有希望和潜力的植物。我国是最主要的产竹国家,约有500万hm2竹林。全世界竹类品种有1200多种,中国拥有500多种。

竹材特性
        毛竹又称楠竹,系草本植物,它的繁殖主要依赖毛竹根部竹鞭上的芽,每年3月由芽生长发育成竹笋再成长成新竹,4-5月新竹生长旺盛,每日可长80-100cm左右,四年即可成材。而大量埋在地底下的竹鞭(每1公顷竹林,0-10cm土层中根系的总长为24620km)。当成熟的毛竹采伐后,又重新发芽长笋、成竹,实现自身的持续生长。

四年成材的毛竹
        具有良好的物理力学性能,可与高密度的阔叶材相媲美。静曲强度、弹性模量、强度是一般木材的2倍。竹材密度约为0.789g/cm3,顺向抗拉强度达到201.7Mpa,抗压强度74.2Mpa。竹材的密度因竹龄(成熟的密度较大)、部位(梢段或秆壁外缘密度较大)和竹种而异,平均约0.64克/厘米3。竹材的干缩率低于木材,弦向干缩率最大,径向次之,纵向最小;干燥时失水快而不匀,容易径裂;气干竹材吸水性强。顺纹抗拉强度较高,平均约为木材的2倍,单位重量的抗拉强度约为钢材的3~4倍,顺纹抗剪强度低于木材。强度从竹秆基部向上逐渐提高,并因竹种、年龄和立地条件而异。

竹材的化学成分为:
 纤维素40%~60%,半纤维素14%~25%或更多,木质素16%~34%,有随年龄增长的趋势。

竹材的使用领域
       竹材的利用在中国已有数千年的历史,比如原始的简单制作的竹椅、竹床、竹筐等等,竹材的利用一直处在这种低水平、小规模的分散状态。经进近十多年来的不断开发使用,竹材的利用已发展成为一种新兴的产业。高品质的竹地板、竹家具板材、竹装饰板材、竹钢琴应运而生。竹材的利用有原竹利用和加工利用两类。原竹利用时是把大竹用作建筑材料,运输竹筏,输液管道;中、小竹材制作文具、乐器、农具、竹编等。加工利用有多种用途,如竹材层压板可制造机械耐磨零件等;竹木复合板曾制成第一架竹材单翼高级教练机;竹材人造板可作工程材料。此外竹黄还可制成多种工艺美术品。竹材也是造纸、制纤维板和醋酸纤维、硝化纤维的重要原料。竹炭表面硬度高于木炭,可用于冶炼工业和制取活性炭。

竹材的霉菌
        竹材霉变源于霉菌在其表面的生长和繁殖。不同地区竹材霉菌种类及危害程度有所不同,只有了解其生长特性及影响因素,才能选择有效的途径与合适的防霉剂进行防霉处理。竹材细胞壁组成物质含量与木材中的阔叶材相似,非细胞壁物质含量较阔叶材高,如淀粉、还原糖、蛋白质、脂肪、矿物质等,能给许多种类的细菌、真菌和蛀虫提供充足的营养物质,使竹材及其制品在贮运、加工和使用过程中,极易发生霉变。菌腐和虫蛀为害,影响其质量,降低甚至完全失去使用价值。为害竹材的真菌种类繁多,在真菌门的5个亚门中,就有接合菌亚门、子囊菌亚门。担于菌亚门和半知菌亚门等4个亚门的许多种真菌对竹材产生为害.仅主要产生霉变为害的常见霉菌就有毛霉、青霉、木霉、曲霉、枝泡霉等。竹材霉变真菌多以非细胞壁物质为养分,对细胞为害轻微,基本不影响竹材的强度.但有色的菌丝、泡于和菌丝分泌的色素,会在竹材表面形成蓝、褐、灰色霉斑.甚至造成相当深度的染色,即使用漂白剂处理或表面刨削也难除净,使竹材失去其天然纹理和色泽,大大降低竹材及竹制品的价值。竹材腐朽真菌还能分泌纤维素、半纤维素水解酶系。因此,竹腐真菌能通过降解纤维素、半纤维素,甚至是木质素等细胞壁物质来获取营养物质,使竹细胞被摧毁,机械强度降低甚至完全失去使用价值。虽然竹蛀虫主要吸取非细胞壁物质为养分,但它们在蛀食时并无这种选择,蛀食的是整个细胞组织,形成许多蛀道,使竹材机械强度受损,降低竹材、竹制品的使用价值,严重时,竹材大部甚至几乎全部被蛀损,竹黄和竹青也到处是成虫蛀入和蛀出的孔道,而完全失去使用价值。我国地域辽阔,各地气候条件不尽相同,竹种多,霉菌种群亦有差异。研究认为,有15种霉菌可引起毛竹材霉变,其中有10 种为重要致霉菌,它们是:
 链格孢菌(Alternaria alternate);

 黄曲霉(Aspergillus flavus);

 桔青霉(Penicilliumtrinum);

 产黄青霉(P.chrysogenum);

 绳状青霉(P.funiculosum);
 球毛壳菌(Chaetomium globosum), Fusarium pallidoroseum;

弯角镰孢(F.camptoceras);

冻土毛霉(Mucor hiemalis)。

竹材霉菌生理特性研究
        据研究认为,对竹材霉变起决定作用的因素是环境湿度,当环境相对湿度低于75%时,基本不发生霉变;当相对湿度高于95%时非常有利于霉菌的繁殖,造成霉变迅速发展。此外温度对竹材霉变也起重要作用,当环境温度低于15℃或高于35℃时,霉菌的生长缓慢,霉菌生长最适温度在20-30℃之间。经过对竹材部分霉菌的生物学特性进行了研究,认为镰刀菌在相对湿度41%时孢子即可萌发,顶青霉、黄青霉、粉红单端孢霉在相对湿度63%时孢子开始萌发,而丝孢酵母在相对湿度70%时孢子才萌发,随着湿度增高孢子萌发率递增,相对湿度为93%时,最适合各菌孢子萌发。温度的影响为:镰刀菌在的最适温度为20℃~30℃,顶青霉、黄青霉、粉红单端孢霉的最适温度为15℃~30℃,当温度为35℃时都不能生长。对竹材上5种常见霉菌即黑曲霉、黄曲霉、指状青霉、桔青霉和黑根霉的生物学特性,竹材可溶性总糖和淀粉含量对霉菌生长的影响,以及5种霉菌淀粉酶、纤维素酶活性与霉烂竹材的顺纹抗压强度的相关性进行了研究,结果表明在温度为25℃~30℃,相对湿度93%以上,霉菌孢子萌发和生长最快,而在5℃以下,或相对湿度低于65%时,5种霉菌孢子均不萌发,菌落不生长;最适生长pH 值在4-6 之间;5 种霉菌都都能利用淀粉或可溶性糖作为碳源,但只有黑曲霉能在以纤维素作碳源的培养基上生长;竹材中可溶性总糖和淀粉含量与霉菌生长呈显著正相关,5种霉菌均有淀粉酶活性,仅黑曲霉有纤维素酶活性。霉菌的淀粉酶活性与霉烂竹材的顺纹抗压强度呈负相关。

竹材不同于木材的解剖特点
       竹材的解剖特征有其自身的特点,其节间细胞组织全部纵向排列,不像木材那样有径向分布的薄壁细胞和射线细胞,因此,处理剂及水分不能沿射线方向渗入。竹茎成熟后,由于胶状物质的沉积及侵填体的聚积,导管和筛管几乎不再具有横向渗透性。竹材的表面覆盖着富含硅和蜡质的坚硬薄层,所以防腐剂难以从径向渗入。由于上述结构的差异,竹材比木材更难处理。从纵向看,竹材的组织是由薄壁细胞和维管束(导管和厚壁纤维)组成,首尾相连的导管使得新鲜的竹材中纵向流动非常迅速。但维管束在竹秆里分布不均匀,在竹秆的外围部分维管束小而多,在中央部分维管束大而少。离导管越远,渗透的水平也越低,这一特性又造成防腐剂在竹材中分布的不均匀性。导管仅占竹秆体积的10%,所以防腐剂渗透到导管周围的其它组织的能力很弱。防腐剂未渗透到的薄壁组织则极易成为真菌早期侵袭的突破口。

        由于竹材和木材的解剖构造存在很大差异,因此,不能机械地套用木材的防腐处理方法。竹材的结构和化学成分,为虫菌的滋生繁衍提供了充分的物质条件,但虫菌的繁殖还需要一定的条件,如温度、水分、酸碱度等。

       霉菌和腐朽菌,多数生长温度范围为10~40℃,最适温度为20~30℃,只有少数种类具有耐热或嗜热习性,生长温度范围为20~30℃。多数要求竹材含水率在20%以上(相对湿度75%以上),但当到达饱和状态后,除软腐菌外,多数霉腐菌的繁殖受到抑制。多数霉腐菌所要求的最佳酸碱度为PH=5左右,不过也有些耐酸耐碱者,在PH低到1.5或高到11时,仍能生存。蛀虫的最适生长温度为20~30℃。当环境温度降至10℃左右或升到35~38℃时,蛀虫的活动能力大大降低。当环境温度继续降至0~5℃或升至40~45℃时,蛀虫停止发育和蛀食活动,处十冷麻痹或热麻痹状态,在短时间内,若温度向最适温度方向恢复时,蛀虫可复苏过来逐渐恢复活力。当环境温度继续降至一5℃或升至48~52℃时,就达到了蛀虫的致死温度范围,经短时间后即会死亡。

竹材的防霉防虫方法
一、物理方法
(1)浸渍:将竹材浸没于清水(流水或定期更换的清水)中,溶出部分水溶性营养物质,并使细胞充满自由水一造成缺氧环境,以预防和消除虫菌为害。
(2)干燥:将竹材烘干或晒干。经烘晒过程,一方面可因加热杀死虫菌,另一方面又可因水分减少致虫菌难以生存。
(3)电磁波辐射:用远红外线(波长25~199μm)、微波(波长103~105μm)照射,可引起竹材内部分于的振动、转动的共振吸收。这种能量吸收效率很高,可在短时间(几十分钟或十几分钟)内,使竹材外表和内部同时升温至虫菌的最高耐受温度以上而致死。此外,紫外光(波长4~400μm)、x一射线、y一射线等均可破坏虫菌体内的生物活性物质,使虫菌致死。
(4)气调:调节竹材贮存环境的气体组成,降低氧气含量,造成缺氧状态,使真菌不能生长,蛀虫窒息而死。
(5)蒸煮:加热蒸煮,除去部分可溶性物质,杀死虫菌。物理方法优缺点:一次性杀虫灭菌的效果大多相当好,但却不能预防在以后的生产、贮运和使用过程中再次感染虫菌。因此,在生产实践中大都采用物理和化学结合的方法。

二、化学方法
 (A)主要有有机化合物和无机化合物两大类。
       主要说说有机药剂,它主要有:季铵盐类:如十二(十四、十六、十八)烷基三甲基氯化铵<竹木防霉剂iHeir-JP>。浸渍、喷雾、涂刷法:一般用0.5%~5%的药液对干燥的竹子进行浸渍、喷雾、或涂刷。大多数药剂都能用于这些方法。处理简单,对设备要求不高,投资少。但不能进入竹材的深处,处理后若再进行劈、削等加工,则会露出未处理到的竹材。

热冷槽法:
 把竹材放在热的药剂中(接近沸腾温度但不要到沸腾)煮一定时间,立即取出浸入冷的药剂中(可在常温下)。这样可以增加药剂的吸收量和进入深度。

树液置换法:
        将伐倒的竹材基部一端套上一个紧箍住的“帽子”、“帽子”通过管子连着一个加压容器。加压容器中的药剂就可以压入竹材,顺着导管流向梢部,待梢部断口上看到药液流出时就可结束。这种方法虽然麻烦,但药剂可进入全部竹材中,所需设备比较简单。对一些价值高的特殊用材,可采用此法处理。

扩散法:
       适用于含水率在3O%以上的竹材。把竹材在较浓的药液中(10%~30%或更浓)浸泡或涂刷,使药剂附在竹材表面上。然后堆起来用塑料布密封存放2~3个星期。使药剂在竹材的水分中扩散到内部去。此法要求含水率要高,使用水溶性药剂,药剂的分子半径不能太大。

加压法:
        把竹材放入特制的加压罐中密封,送入药剂加压,在压力下让药剂进入竹材的内部。只要选用适当的药剂,在一定的压力和时间下,药剂可进入整个竹材的内部。由于需要的设备较复杂,少量的材料可委托专门的加压处理工厂代为处理。

活竹注射法:
     在采伐前的适当时间,在竹杆基部注射杀霉菌药剂,然后采伐。据有关单位试验有较好的防霉效果。

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