一种基于水提的植物源防腐剂的制作方法

本发明涉及防腐技术领域，具体地说涉及一种基于水提的植物源防腐剂。

背景技术：

木材作为一种生物质材料，天然耐腐性是制约其使用的重要品质因子之一，木材的天然耐腐性是指其对腐朽菌的天然抵抗能力，也就是说木材本身所具备的防腐性能，这在不同种之间存在很大的差异性。

为了延长耐腐性较差或特殊使用场所木制品的使用寿命，通常需要通过物理法(干燥、涂饰)、化学法(药物处理等)处理木材，提高其耐腐朽、防变色、抗虫蛀的能力，从而达到节约木材资源、减少森林采伐量之目的。

由于木材的变异性强，种间种内差异性大，物理法处理工艺参数需不断调整方能确保处理效果及减少处理缺陷(如干燥过程中造成变形、开裂等)的发生；化学法则主要采取防腐剂处理木材，由于不合理使用，木材防腐剂在使用中产生了一系列公害问题，例如环境污染、对生物潜在毒性等一些不良影响已引起人们的普遍关注。在这种情况下，人们将眼光投向了天然防腐剂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全、环保的基于水提的植物源防腐剂。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于水提的植物源防腐剂，它是以耐腐蚀木材为原料，以水为溶剂，经过提取处理所得的产物。

进一步地，所述耐腐蚀木材为安哥拉紫檀。在实施本发明的过程中，发明人发现，以安哥拉紫檀作为原料，提取工艺简单，容易实施，而且所制得的基于水提的植物源防腐剂的防腐性能优良。

进一步地，提取处理包括热回流提取工序。在实施本发明的过程中，发明人发现，选用热回流提取工艺可使提取更加充分。

进一步地，热回流提取的温度为85～98℃。在实施本发明的过程中，发明人发现，该温度范围能够保证水及提取物不会过快蒸发馏出的前提下可提高抽提产率。

进一步地，热回流提取的料液比为1:10～35。在实施本发明的过程中，发明人发现，采用这个料液比，能够兼顾产率与提取效率，综合提取效果更好。

进一步地，提取处理还包括用于对热回流提取得到的产物进行提纯的精制工序。

本发明还提供一种基于水提的植物源防腐剂用作木材防腐剂的用途。

本发明还提供一种木材防腐处理方法，包括以下步骤：将木材放置在含有上述基于水提的植物源防腐剂的液体中进行浸渍处理，之后取出干燥即可。

进一步地，浸渍处理首先在真空条件下进行，然后在常压条件下进行。

进一步地，真空条件的真空度为－0.08～－0.1MPa。

本发明的有益效果体现在：

本发明基于水提的植物源防腐剂来源于木材本身，其安全、环保、可靠，是一种天然防腐剂，符合现代社会的发展理念。

本发明基于水提的植物源防腐剂对导致木材腐朽的主要菌种——彩绒革盖菌(白腐菌)和密粘褶菌(褐腐菌)具有非常好的抑菌效果，表明其具有非常好的木材防腐功效。

本发明基于水提的植物源防腐剂可以使用安哥拉紫檀等硬重种木材的加工剩余物为原料，用来替代和部分替代现有的合成类木材防腐剂，将会促进人居和生态环境的改善，对延长加工产业链，提高资源利用率，挖掘其深层次的利用价值，也具有极其重要的理论价值与生产指导意义。

本发明以水为溶剂，不仅廉价易得，而且安全、环保，提取效果也比较好。

本发明木材防腐处理方法工艺简单，容易实施，而且处理后的木材具有非常好的防腐效果。

附图说明

图1a至图1c是基于水提的植物源防腐剂对彩绒革盖菌的抑菌效果图片。

图2a至图2b是基于水提的植物源防腐剂对密粘褶菌的抑菌效果图片。

图3a至图3b是彩绒革盖菌腐朽后试样SEM图片。

图4a至图4b是密粘褶菌腐朽后试样SEM图片。

具体实施方式

为了解决现有木材防腐剂不安全、不环保的缺陷，本发明提供一种基于水提的植物源防腐剂，它是以耐腐蚀木材为原料，以水为溶剂，经过提取处理所得的产物。这种基于水提的植物源防腐剂来源于木材本身，安全、环保、可靠；优选的，耐腐蚀木材采用具有强耐腐性的硬重种木材，防腐效果更好。

传统硬木制品加工工艺较为复杂，精雕细琢的过程中产生大量的刨花、锯屑等剩余物，木材利用率不到40％，加工场所随处可见的下脚料在雨水的浸泡下，红褐色的浸泡液随污水横流，极易造成环境污染、土壤酸化等一系列负面影响，目前该类木材的加工剩余物主要用来做蚊香等原材料，附加值相对较低，从资源利用角度，没有发挥珍稀资源应有功效，这也是一种较大的浪费。而本发明恰恰可以使用这些硬重种木材的加工剩余物来制备基于水提的植物源防腐剂，不仅能够提高其资源利用率，而且解决了环境污染的问题。

目前市场上存量较大、价格较便宜的亚花梨木类木材安哥拉紫檀(Pterocarpus angolensis)，安哥拉紫檀系深色硬重木材，具有极强的耐腐性，资源相对较为丰富，加工剩余物量大，利用较为粗放低效，商业价值尚未得到应有开发。

下面提供三种以安哥拉紫檀加工剩余物(安徽农业大学木材标本馆提供)为原料的基于水提的植物源防腐剂的具体制备过程，对本发明作进一步描述，见实施例1至3：

实施例1

一种基于水提的植物源防腐剂，按以下方法制备而成：

(1)预处理

取安哥拉紫檀加工剩余物，剔除残存边材及靠近髓心的心材，并用砂纸磨去表面氧化部分，切段，用粉碎机磨粉，筛选40～60目粉末，存放48h均衡含水率，密闭保存备用；

(2)热回流提取

以蒸馏水作为提取溶剂，采用98℃的提取温度，对经过预处理的安哥拉紫檀加工剩余物进行热回流提取，为了提取更加完全，采用两次提取，第一次提取的料液比为1:30(料以g计，液以ml计，下同)，提取时间为5h，第二次提取的料液比为1:15，提取时间为3h；

(3)精制

对两次提取后形成的混合物进行过滤，然后合并两次滤液，用旋转蒸发仪在恒温水浴中对滤液进行溶剂回收，这个过程也是浓缩抽提物的过程，浓缩温度为70℃，浓缩真空度为0.09MPa，浓缩后得到膏状物质，用小勺尽数刮出，置于真空干燥箱内，在40℃条件下烘干恒重，得到基于水提的植物源防腐剂，然后置于4℃冰箱中备用。

本实施例基于水提的植物源防腐剂得率10.06％，基于水提的植物源防腐剂为固体状，且颜色呈黄色。作为木材防腐剂时，需考虑提取物对木材颜色变化的影响。

实施例2

一种基于水提的植物源防腐剂，按以下方法制备而成：

本实施例方法与实施例1相似，故仅针对相异处进行说明。它们的差异在于：提取温度为92℃，第一次提取的料液比为1:25，第二次提取的料液比为1:20。

本实施例基于水提的植物源防腐剂得率8.45％，基于水提的植物源防腐剂为固体状，且颜色呈黄色。

实施例3

一种基于水提的植物源防腐剂，按以下方法制备而成：

本实施例方法与实施例1相似，故仅针对相异处进行说明。它们的差异在于：提取温度为85℃，第一次提取的料液比为1:35，第二次提取的料液比为1:10。

本实施例基于水提的植物源防腐剂得率6.98％，基于水提的植物源防腐剂为固体状，且颜色呈黄色。

实施例4

基于水提的植物源防腐剂的抑菌性能测定

供试培养基为马铃薯、琼脂、葡萄糖，供试菌种为白腐菌(彩绒革盖菌Coriolus versicolor)；褐腐菌(密粘褶菌Gloeophyllum trabeum)，均由CICC(中国工业微生物菌种保藏管理中心)提供。

4.1培养基制备

马铃薯洗净后去皮，切成小块，称取200g，放入烧杯里加水1000mL，煮沸30min，然后过滤，往滤液中加入葡萄糖20g、琼脂20g，加水补足至1000mL，搅拌并加热，待琼脂溶化后置于细口三角瓶内，用橡皮塞塞紧，并将瓶口包好防水纸，在高压蒸汽灭菌器中(压力0.1MPa，温度121℃)灭菌30min，把灭菌后的培养基放在超净工作台上冷却后，倒入灭过菌的培养皿(直径90mm)里，每个培养皿18mL～20mL，冷却、备用。

4.2供试菌的接种和培养

白腐菌、褐腐菌采用平板法培养，接种后贴标签注明，置于温度为28±2℃的培菌箱中培养5～7天。

4.3抑菌性能实验

将实施例1的基于水提的植物源防腐剂用蒸馏水配置成浓度为1g/L、2g/L、4g/L、8g/L、16g/L的供试药液作为实验组，蒸馏水为对照组，采用滤纸片法测定抑菌作用，在温度为28℃、相对湿度75％条件下进行培养观察，等待培养基表面长满菌丝或孢子的时候，用游标卡尺测量抑菌圈直径，采用十字交叉法，取平均值，并记录。根据抑菌圈的直径大小，判断基于水提的植物源防腐剂是否具有抑菌效果。抑菌圈直径>7mm，判为有抑菌作用；四次重复试验均有抑菌作用，判为合格。结果见下表1和2，抑菌效果图片见图1a至图1c、图2a至图2b。

表1不同浓度供试药液抑彩绒革盖菌试验结果

从表1和图1a至1c可以明显看出，与对照组相比，基于水提的植物源防腐剂对彩绒革盖菌有一定的抑菌效果，且药液浓度与抑菌圈直径基本呈正相关关系，即药液的浓度越高，抑菌效果越好。浓度为4g/L时达到最大值16.63mm，随后基本保持不变。

表2不同浓度供试药液抑密粘褶菌试验结果

表2和图2a至图2b表明，随着药液浓度增加，基于水提的植物源防腐剂的抑菌圈直径在浓度为2g/L时即达到最大值18.46mm，抑菌效果达到最好，其后维持在一个较高的水平，基本变动不大。

表1、2还可反映出，基于水提的植物源防腐剂对密粘褶菌抑菌活性均明显高于对彩绒革盖菌抑菌性能。

下面提供三种使用基于水提的植物源防腐剂进行木材防腐的具体处理方法，见实施例5至7：

实施例5

一种木材防腐处理方法，包括以下步骤：

(1)将实施例1的基于水提的植物源防腐剂用溶剂配置成供试药液；

(2)将木材放置在供试药液中进行浸渍处理，浸渍处理过程为先在温度40℃、真空度－0.08MPa条件下浸渍30min，然后在常温常压下浸渍2h；

(3)将木材取出，在40℃的鼓风干燥箱中烘至恒重。

实施例6

一种木材防腐处理方法，包括以下步骤：

本实施例方法与实施例5相似，故仅针对相异处进行说明。它们的差异在于：采用实施例2的基于水提的植物源防腐剂，浸渍处理过程为先在温度30℃、真空度－0.09MPa条件下浸渍45min，然后在常温常压下浸渍3h。

实施例7

一种木材防腐处理方法，包括以下步骤：

本实施例方法与实施例5相似，故仅针对相异处进行说明。它们的差异在于：采用实施例3的基于水提的植物源防腐剂，浸渍处理过程为先在温度50℃、真空度－0.1MPa条件下浸渍60min，然后在常温常压下浸渍1.5h。

实施例8

基于水提的植物源防腐剂处理木材的耐腐性能测定

选取意杨(Populus euramevicana cv.‘I-214’)，在胸高部位向上截取长1m的试材一段，作为试样；供试菌种同4.2。试样制备及实验室防腐性能实验具体方法参照《中华人民共和国林业行业标准—木材防腐剂对腐朽菌毒性实验室试验方法》(LY/T1283—1998)。

8.1药液的配置及试样的处理

(1)药液的配置

将实施例1的基于水提的植物源防腐剂用蒸馏水配置成浓度为16g/L、8g/L、4g/L、2g/L、1g/L的供试药液作为实验组，对照组为蒸馏水。

(2)试样的浸渍处理

在浸渍前，将试样放入温度为40℃的鼓风干燥箱中烘至恒重并称重，记作G₁，精确至0.001g，为试样浸渍前质量；

然后将试样分别放入盛有相应药液的烧杯中，保鲜膜封口，用橡皮筋扎紧，用针在杯口保鲜膜扎若干个孔隙，按照实施例5的浸渍处理方法进行浸渍处理，处理结束后取出，用滤纸将试样擦干后称重，记作G₂，精确至0.001g，为浸渍后试样质量；

最后将试样放在40℃的鼓风干燥箱中烘至恒重，并称重，记作G₃，精确至0.001g，按照公式Ⅰ计算试样药液的保持量(R)。

式中：R—试件的吸药量，(kg/m³)；

G₂—吸药后试件质量，(g)；

G₁—吸药前试件质量，(g)；

C—药液浓度，(％)；

V—试样体积，(cm³)。

8.2木材防腐实验步骤

(1)供试菌孢悬液的制备与涂布

①在超净工作台上，将制得的平板培养基(培养基的制备同4.2)打开，取带有琼脂培养基的菌丝块适量，放入已灭菌装有生理盐水的小锥形瓶中，在漩涡振荡器上振荡15min，使菌丝均匀分散开，经过已灭菌装有棉花的注射器注射到空锥形瓶中，即得孢悬液。

②在超净工作台上，酒精灯旁，打开培养基已经凝固的培养瓶，迅速用移液枪移取孢悬液1mL于培养基表面，并用涂布棒将其涂布均匀，封好培养瓶口，放入培养箱中，在温度为28℃、相对湿度为75％条件下进行培养和观察，直到培养基表面完全被菌丝覆盖(约2周)，此时即可放入经过药液浸渍后的试样。

(2)试样的灭菌

将经过处理的试样用多层纱布包好，放入高压蒸汽灭菌锅中，在121℃下蒸汽灭菌40min。冷却后，在超净工作台上，酒精灯旁，打开相应编号的培养瓶，将试样放入被菌丝覆盖的培养基表面上，封好培养瓶。1瓶放5块试样，每瓶两个重复，对照组放入经过蒸馏水浸渍后的试样。

(3)试样的腐朽试验

将盛有实验组试样和对照试样的培养瓶置于培养箱中，在温度为28℃、相对湿度为75％条件下腐朽12周。

经12周腐朽后，将试样从培养瓶内取出，轻轻刮除试样表面菌丝及杂质，将试样放入鼓风干燥箱内，在温度为40℃下干燥至恒重，称重，记为G₄，精确至0.001g，为试样腐朽后的恒重质量。

(4)评定防腐效果

防腐效果的好坏通过每块试样腐朽后质量损失百分率L的高低来评定，见公式Ⅱ。参照木材天然耐腐等级进行防腐效果评定，评定标准见表3。

式中：L-试样重量损失率，(％)；

G₃-腐朽前试样恒重重量，(g)；

G₄-腐朽后试样恒重重量，(g)。

表3木材天然耐腐等级评定标准

8.3试验结果

(1)试样防腐剂保持量

根据公式Ⅰ计算处理后试样中提取物和对照溶剂的保持量，见表4。

表4不同处理试样中防腐剂的保持量

由表4可以看出，基于水提的植物源防腐剂处理意杨试样后，其试样中防腐剂的保持量随浓度的增加而增加，均呈良好的线性关系。同时，意杨对对照组蒸馏水的渗透性也较好，这说明了意杨具有很好的渗透性，既易于对照组溶剂的浸渍处理也利于各溶剂防腐剂的浸渍处理，在实际操作上为木材提取物作为防腐剂处理木材提供了结构基础。

(2)试样的防腐效果评定

在实验室的条件下，经试剂处理过的试样受木腐菌侵染后的质量损失百分率确定该基于水提的植物源防腐剂的防腐性能。不同处理试样受彩绒革盖菌和密粘褶菌腐朽后的重量损失百分率如表5所示，耐腐等级如表6所示。

表5不同处理试样经供试菌腐朽后的质量损失率

从表5中可以看出，随着浓度及保持量的增加，受两种真菌腐朽后试样的重量损失率随之降低，最低可达3.78％，对照组蒸馏水处理过的试样重量损失率均高达38％以上。足见基于水提的植物源防腐剂具有极好的木材防腐性能。

表6不同处理试样经供试菌腐朽后的耐腐等级

从表6中可以看出，在彩绒革盖菌试验中，随着浓度及保持量的增加，基于水提的植物源防腐剂的耐腐等级越来越高，并在8g/L时达到Ⅰ级耐腐等级；在密粘褶菌试验中，基于水提的植物源防腐剂的耐腐等级在2g/L时就达到了Ⅰ级耐腐等级。

8.4基于水提的植物源防腐剂效果的SEM观察

为进一步较为直观的基于水提的植物源防腐剂对侵染后试样内部真菌的生长情况影响，分别选取经过蒸馏水、浓度为4g/L的基于水提的植物源防腐剂处理过的试样，放入40℃鼓风干燥箱中干燥至恒重；然后用刀片进行切片取样，要尽可能的小且切取横切面，将样品粘贴在样品拖上，做好标记；再进行离子溅射镀金处理，将样品置入日立S-4800扫描电镜，根据所需选择不同的放大倍数(×400)进行拍照。

结果显示，彩绒革盖菌在蒸馏水处理的试样的导管内生长大量的菌丝，见图3a，且有少量孢子产生。而经基于水提的植物源防腐剂处理过的试样菌丝明显少于对照试样，见图3b，说明基于水提的植物源防腐剂对彩绒革盖菌有一定程度的抑制作用，这与防腐性能实验的结果相印证。

密粘褶菌在蒸馏水处理过的试样中菌丝的状态不同于彩绒革盖菌，菌丝数量明显少于彩绒革盖菌，主要着生在大的导管中，见图4a，并且没有发现孢子的存在。经基于水提的植物源防腐剂处理的试样菌丝略少于对照组试样，见图4b，说明基于水提的植物源防腐剂对密粘褶菌也有一定程度的抑制作用。

结果说明：

(1)基于水提的植物源防腐剂配制的药液随着浓度增加，对2种木腐菌的抑菌效果越好，对密粘褶菌的抑菌性能高于对彩绒革盖菌的抑菌性能；在浓度为4g/L时，药液对彩绒革盖菌和密粘褶菌的抑制效果最佳。

(2)用基于水提的植物源防腐剂各浓度药液处理意杨试样后，试样中防腐剂的保持量随浓度的增加而增加，均呈现良好的线性关系。在彩绒革盖菌试验中，药液在浓度为8g/L时达到强耐腐等级Ⅰ级；在密粘褶菌试验中，药液则在浓度2g/L时就达到了Ⅰ级耐腐等级。

(3)SEM表明，基于水提的植物源防腐剂对彩绒革盖菌和密粘褶菌都有不同程度的抑制，但对密粘褶菌的抑制效果更好。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。