Anti-mildew and anti-corrosion performance of wood scrimber based on minimally invasive pretreatment
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摘要:目的
研究不同预处理工艺对重组木防霉和防腐性能的影响，旨在寻求最优处理方法以提升重组木在户外多变环境中的使用性能。
方法采用传统的水煮法、微波法和创新性提出的微创法对重组木进行预处理，利用有机碘化物3-碘代-2丙炔基甲氨酸丁酯（IPBC）对其进行浸渍并采用异氰酸酯胶黏剂（MDI）饰面。通过防霉、防腐试验分析 3 种处理工艺重组木的防治效力, 通过孔隙率、力学性能和尺寸稳定性研究3种处理工艺对重组木质量的影响。
结果（1）通过微创预处理工艺，重组木的总孔隙率增加了64.1%，载药量提高了88.0%。（2）防霉试验结果显示重组木对照样对黑曲霉和可可球二孢菌的感染等级均为 4 级，而经过微创预处理/IPBC浸渍工艺的重组木对两种菌的感染等级均为 0级，此外通过MDI饰面的重组木抗流失性提高了63.0%。（3）防腐试验结果显示重组木对照样对白腐菌和褐腐菌仅为Ⅱ耐腐等级，而经过微创预处理/IPBC浸渍工艺的重组木对白腐菌和褐腐菌均为Ⅰ耐腐等级。（4）力学和尺寸稳定性试验的结果表明：经过微创预处理/IPBC浸渍工艺的重组木有效保证了优异的力学性能和尺寸稳定性；相比重组木对照样，其抗弯强度和水平剪切强度相比对照样分别提高了14.9%和17.4%，其吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率分别降低了25.0%和49.2%。
结论采用微创预处理/IPBC浸渍工艺制备的重组木对霉菌、变色菌和腐朽菌都具有优异的防治效力，同时提升了力学性能和尺寸稳定性。此外，该微创工艺绿色简单，可有效解决重组木户外应用难题。
Abstract:ObjectiveThe effects of different pretreatment processes on the anti-mildew and anti-corrosion properties of wood scrimber were studied in order to find the best treatment method to improve the performance in outdoor environment.
MethodThe traditional boiling method, microwave method and innovative minimally invasive method were used to pretreat the wood scrimber, and the organic iodide 3-iodo-2-propynyl butylcarbamate (IPBC) was used for impregnation and coated with isocyanate adhesive (MDI). The control efficacy of three treatment processes was analyzed by mildew prevention and anti-corrosion test, and the influence of three treatment processes on the quality of wood scrimber was studied by porosity, mechanical properties and dimensional stability.
Result(1) Through the minimally invasive pretreatment process, the total porosity of the wood scrimber increased by 64.1%, and the drug load increased by 88.0%. (2) The results of mildew test showed that the infection grade of wood scrimber against Aspergillus niger and Botryodiplodia theobromae was 4, while the infection grade of wood scrimber after minimally invasive pretreatment/IPBC soaking was 0. In addition, the anti-loss performance of wood scrimber through MDI loading was improved by 63.0%. (3) The results of anti-corrosion test showed that the wood scrimber had only grade Ⅱ rot resistance to white rot fungi and brown rot fungus, while the wood scrimber after minimally invasive pretreatment/IPBC dipping process had grade Ⅰ rot resistance for both fungi. (4) The results of mechanical and dimensional stability tests showed that the wood scrimber after the minimally invasive pretreatment/IPBC immersion process effectively ensured excellent mechanical properties and dimensional stability. Compared with the original wood scrimber, the flexural strength and short beam shear strength increased by 14.9% and 17.4%, respectively, and the width expansion rate and thickness expansion rate decreased by 25.0% and 49.2%, respectively.
ConclusionThe wood scrimber prepared by the minimally invasive pretreatment/IPBC dipping process has excellent control effect on mold, stain fungi and decay fungi, while ensuring excellent mechanical properties and dimensional stability. In addition, the minimally invasive process is green and simple, which can effectively solve the outdoor application problem of wood scrimber.
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重组木是以速生材原料，在不打乱木材纤维排列方向的前提下进行组坯压制的新型木基材料。它具备强度高、易加工、外观美观且规格可控等优势，被誉为天然优质木材的理想替代品[1]。目前，重组木已广泛应用于建筑结构、景观装饰以及交通防护设施等工程领域。然而，当重组木应用于气候多变的室外环境时，由于其含有淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等成分，容易导致发霉腐朽，进而严重影响产品外观和力学性能。因此，增强重组木的防霉防腐性能，以延长其使用寿命、拓宽使用范围并提升使用价值，具有重要意义。
目前关于重组木的防霉防腐研究鲜有报道。然而，针对木材的防霉防腐研究已经有很多。主要方法包括浸渍法、涂饰法、热处理、木材熏蒸法等[2]。其中浸渍法是最常用的，浸渍常用的防霉防腐剂有五氯酚、铬化砷酸铜、3-碘代-2丙炔基甲氨酸丁酯（iodopropynyl butylcarbamate，IPBC）、金属（氧化物）纳米颗粒、硼化物等，但前两者对环境造成污染，后两者在没有特殊处理时容易流失[3−4]。相比之下，IPBC具有高效防霉、经济实用、绿色环保等优点，在涂料、化妆品、木材等领域广泛应用[5]。研究表明，单独使用IPBC并通过超临界CO2体方法处理木材，能有效抑制木腐菌[6]。利用IPBC复配制剂对橡胶木进行浸泡，处理后木材具有优良的防霉和防蓝变性能[7]。此外，IPBC与纳米SiO2、埃洛石纳米管等复合制备成微胶囊防霉剂涂覆于木材表面后，使木材具有优异的防霉和抑菌性能，同时延长了IPBC释放时间[8]。因此，IPBC是改善重组木防霉防腐性能的绿色高效选择，但需要解决其在重组木中的渗透性问题。
重组木密度高且渗透性差，导致常温常压下难以使药剂进入重组木。载药量过小无法有效发挥防霉防腐作用，严重阻碍了防霉防腐重组木的制备。为了增强药剂的浸渍效果，研究者们采取了汽蒸、水煮、微波、碱液预处理等方法来提升木材的液体渗透性[9]。然而，汽蒸法能耗较高且对处理容器有特殊要求；碱液预处理法则会产生废液，对环境和木材力学强度造成负面影响。因此，如何采用安全快捷的方法提升重组木渗透性，使得IPBC试剂进入材料内部并固着，成为亟待解决的问题。
本研究创新性地提出一种绿色简单的微创预处理法，即在重组木表面制造点状微裂结构，形成多尺度渗透通道，然后采用异氰酸酯胶黏剂（methylene diphenyl diisocyanate，MDI）对其进行饰面。同时制备了水煮预处理、微波预处理的重组木进行对比，重点探讨了防霉防腐性能最优的工艺。此外，本研究进一步阐述了预处理对重组木的微观形貌、孔隙结构、力学性能和尺寸稳定性的影响，为户外重组木的利用奠定了理论基础。
1. 材料与方法
1.1 材 料
荷木（Schima superba）购自中国安徽，无虫蛀、无蓝变，密度为0.45 g/cm3，含水率为8%。酚醛树脂胶黏剂（phenolic resin，PF）购自广东太尔有限公司，固含量为48.56%，黏度为40 mPa·s，pH值为10.22，水溶倍数 9 ~ 10。MDI购自万华化学基团，密度为1.19 g/cm3，黏度为4.9 mPa·s。防霉防腐剂为IPBC微乳液，为中国林业科学研究院木材工业研究所自制，浅黄色透明液体，水溶性好，有效成分含量6%，稀释至质量分数 0.10%使用。
1.2 防霉防腐重组木的制备
1.2.1 重组木制备工艺
图1展示了重组木详细的制备过程。去除荷木树皮后，将木材旋转切割成5 ~ 6 mm厚的单板（图1a）。用疏解机产生一系列纵向线性裂纹，将单板分成单个束或网络束，形成疏解单板（图1b）。在室温下，将疏解单板放于固体含量为15%的酚醛树脂中浸泡约10 min（图1c），然后取出木束垂直放置若干分钟，直到树脂停止滴落。根据式（1），酚醛树脂的施胶量控制在13%左右。
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图 1 防霉防腐重组木制备过程示意图Figure 1. Schematic diagram of preparation of mildew-resistant wood scrimber将负载树脂的木束干燥至11%的含水率，并进行铺装组坯，在150 ℃和3.0 ~ 3.5 MPa的条件下压制20 min（图1d）。压机冷却后，取出样品，获得尺寸300 mm × 100 mm × 15 mm、密度1.00 g/cm3的重组木（图1e）。每次试验均制作6个重复样本。所有样品在测试前均在（25 ± 2）℃和（65 ± 2）%相对湿度下调整2周。
G=(ms2−ms1)Pms1(1−Mc)×100% (1) 式中：G为酚醛树脂的施胶量，%；ms1和ms2为树脂浸渍前后的疏解单板质量，kg；P为树脂固体含量，%；Mc为树脂浸渍前疏解单板的含水率，%。
1.2.2 重组木预处理工艺
重组木预处理工艺分为水煮、微波、微创预处理这3种方式。
（1）水煮预处理。将重组木放入75 ℃的水中保持4 h，取出后过夜风干使其含水率达到8% ~ 10%，营造含水率梯度，有利于防霉防腐剂的浸渍（图1f）。
（2）微波预处理。将重组木放于水中保持30 min，使其达到饱水状态，取出后放入微波设备中微波2 min，得到微波重组木（图1f）。
（3）微创预处理。将表面均匀分布锥形凸起的微创板放置于重组木表面，施加0.5 MPa的垂直于重组木的力，保持30 s。重组木的一侧表面即会产生一系列的圆锥形状微创，其深度为1.0 mm，最大端直径为1.0 mm，即制备出微创重组木（图1f）。
1.2.3 重组木防霉防腐工艺
将预处理后的各组重组木试样浸渍于质量分数为0.10%的IPBC溶液中，溶液液面高于样品，常温常压下静置30 min（图1g）。取出试件，用滤纸吸取表面剩余溶液，称量质量并利用式（2）计算样品的载药量。
然后将微创重组木浸渍防霉防腐剂，浸入质量分数为0.10%的IPBC溶液中30 min，取出试件，称量并计算载药量。
R=(mz2−mz1)cS (2) 式中：R为试件载药量，kg/m2；mz1浸渍前质量，kg；mz2浸渍后质量，kg；c是IPBC的活性物质量分数，%；S为试样的表面积，m2。
最后将浸渍后的水煮重组木、微波重组木、微创重组木放在室温下风干一夜，使其含水率达到8%。并在各组样品的表面均匀涂刷一层MDI，根据式（3）计算MDI负载量，放于60 ℃烘箱中保持6 h使得MDI固化，得到饰面层（图1h）。
M=mf2−mf12(HL+WL+HW) (3) 式中：M为MDI的负载量，kg/m2；mf1和mf2为MDI负载前后的重组木的质量，kg；H、L和W分别为样品的厚度、长度和宽度，m。
1.3 理化性质表征
采用滑走切片机将重组木对照样、3组不同预处理后重组木试样的横切面与纵切面切平，均匀喷金，通过扫描电子显微镜（SEM，SU8020，Hitachi，日本）观察其微观形貌。通过超景深三维显微（EDF，VHX-6000，KEYENCE，日本）对重组木对照样、3组不同预处理后重组木试样进行表面形貌的观察和粗糙度测量，在超景深图中，在材料扫描范围内，颜色对应的数值越小，与材料表面距离远。采用切片刀将重组木对照样、3组不同预处理后重组木制备成尺寸为1 cm × 1 cm × 0.3 cm的试样，选取3 ~ 5片试样，通过压汞法（MIP，AutoPore V9620，美国）测得孔隙率。接触角测试采用座滴法，将样品待测表面向上放置在接触角测量仪的试验台上，调整水滴体积约4 μL，水滴流速约0.5 μL/s。使水滴在样品表面形成座滴,用接触角测定仪将座滴的形成以及座滴的铺展以不小于2帧/s的速度拍摄成照片并进行角度测量。
1.4 防霉性能表征
试验参照GB/T 18261—2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》进行。试验用霉菌为黑曲霉（Aspergillus niger），蓝变菌为可可球二孢菌（Botryodiplodia theobromae），菌种均购自中国林业科学研究院。采用尺寸为50 mm （长） × 20 mm （宽） × 20 mm（厚）的样品，每种条件下有6个重复试样。样品培养时长为4周，依据表1评价试样的表面感染值分级，根据式（3）计算对两种菌种的防治效力（RE，%）。
表 1 试样受霉菌和变色菌表面感染值分级Table 1. Classification of surface infection values of samples by fungi and color changing bacteria分级 Grade 试样感染面积 Infected area of sample 0 试样表面无菌丝、霉点 No mycelial and mould on the surface of sample 1 试样表面感染面积 < 1/4 Infected area on the surface of sample < 1/4 2 试样表面感染面积1/4 ~ 1/2 Infected area on the surface of sample 1/4−1/2 3 试样表面感染面积1/2 ~ 3/4 Infected area on the surface of sample 1/2−3/4 4 试样表面感染面积 > 3/4 Infected area on the surface of sample > 3/4 注：表1引自GB/T 18261—2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》。Note: Tab. 1 is cited from GB/T 18261−2013 Test method for anti-mildew agents in controllingwood mould and stain fungi . RE=(1−D1D0)×100% (4) 式中：D1为检测样本的平均感染值，D0为对照组的平均感染值。
1.5 防腐性能表征
试验参照GB/T13942.1—2009《木材天然耐腐性实验室试验的方法》进行。试验用白腐菌为采绒革盖菌（Coriolus versicolor），褐腐菌为绵腐卧孔菌（Poria placenta）均购自中国林业科学研究院。每试样试验所用的试块均为6块，腐朽时长为12周。采用试样的质量损失率评定木材的腐朽程度。
L=m0−m1m0×100% (5) 式中：L为试件质量损失率，%；m0为腐朽前试样绝干质量，g；m1为腐朽后试样绝干质量，g。
1.6 力学性能表征
使用万能力学试验机（MWD-W10，济南山东测试仪器有限公司）进行力学性能测试。参照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测试试件的静曲强度（modulus of rupture，MOR）和弹性模量（modulus of elasticity，MOE），采用三点弯曲法，试样尺寸为400 mm （长） × 25 mm （宽） × 20 mm （厚），加载速度为10 mm/min,，两支座跨距为380 mm。参照GB/T 20241—2021《单板层积材》测试试件的水平剪切强度（short-beam strength，SS），对重组木进行垂直胶层加载，试样尺寸为120 mm （长） × 40 mm （宽） × 20 mm （厚），加载速度为2 mm/min，两支座跨距为100 mm。每个条件下测试6个试件，测试结果取平均值。
1.7 尺寸稳定性能表征
参照 GB/T 40247—2021 《重组竹》 测定重组木试件的吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率，采用60 ℃热水浸泡处理方法，试样尺寸为25 mm （长） × 25 mm （宽） × 20 mm（厚）。试样浸泡完成后用滤纸擦去表面水分，测量其宽度和厚度，分别使用式（4）和式（5）计算试样的吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率，每个条件下测试6个试件，测试结果取平均值。
T=T2−T1T1×100% (6) 式中：T为试件吸水厚度膨胀率，%；T1和T2分别为试验前后样品的厚度，mm。
W=W2−W1W1×100% (7) 式中：W为试件吸水宽度膨胀率，%；吸水厚度膨胀率W1和W2分别为试验前后样品的宽度，mm。
2. 结果与分析
2.1 形貌和结构分析
图2a展示了重组木的表面形貌，重组木的表面光滑平整，其表面算术平均偏差和表面最大高度分别为80和820 μm其平均粗糙度和峰谷粗糙度分别为50和460 μm。未经任何处理的重组木水滴接触角为30°（图3a）。在热压过程中，水和热的共同作用使疏解木材软化，大大提高了木材的塑性。用扫描电镜观察样品的内部结构（图2b ~ c），随着压力的增加，疏解材的导管分子和木纤维的中空结构、薄壁细胞的细胞腔以及细胞间隙在径向方向上被显著挤压。受到压力和树脂的作用，细胞紧密结合在一起，形成密度为1.00 g/cm3的重组木。但射线细胞的形态没有显著变化，依旧保持了接近圆形的形状。
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图 2 重组木（a ~ c）、微创重组木（d ~ f）、微创预处理/IPBC浸渍重组木（g ~ i）的微观形貌Figure 2. Microtopography of wood scrimber (a−c), minimally invasive wood scrimber (d−f), minimally invasive pretreated/IPBC impregnated wood scrimber (g−i)![]()
图 3 重组木（a）、微创重组木（b）、微创预处理/IPBC浸渍重组木（c）的表面接触角Figure 3. Surface contact angle of wood scrimber (a), minimally invasive wood scrimber (b), minimally invasive pretreated/IPBC impregnated wood scrimber (c)在制备微创过程中，由于微创板和压力的作用，重组木形成一系列圆孔形微裂。图2d显示：微创重组木表面均匀分布圆孔，深度为1.0 mm，最大端直径为1.0 mm，分布密度为3%。粗糙度表征中表面算术平均偏差粗糙度和表面最大高度分别为80和820 μm，相比重组木增加了16%和54%。表面接触角为30°，与原始重组木相同（图3b）。样品的内部结构如图2e ~ f所示，纵截面表面存在圆孔状微创，微创附近纤维被部分切断和翘起；横截面可以看到微创呈现线性裂纹，向重组木内部延伸形成主渗透通道，同时主通道两边出现一些小裂隙，形成次渗透通道（图2g）。微创附近的细胞胞间层出现多个间隙，形成了细胞尺度渗透通道。因此在微创重组木内部具有多尺度的渗透通道。此外微创板压入深度为1 mm，但圆锥实际深度约为1.5 mm，说明微裂本身产生了一定的延伸，有利于增加渗透性。
重组木涂覆MDI过程中，MDI树脂呈流动状态，在重力作用下流入重组木空隙，固化后在重组木表面上形成一层胶膜，将IPBC包裹在木材与MDI树脂胶黏剂之间，形成有效固着。图2g展示了微创预处理/IPBC浸渍且经过MDI涂覆的重组木表面形貌，由于MDI的作用，重组木的表面变得平整光滑，粗糙度表征中表面算术平均偏差和表面最大高度分别为60和520 µm，比微创重组木分别降低14%和30%。表面接触角达到120°，表明其具有一定的疏水性（图3c）。图2h ~ i显示：MDI通过微创结构深入重组木内部，填充之前的微裂空间，进入破损的细胞腔和胞间层。固化后木材和MDI结合界面形成了胶钉，产生了机械啮合结构。因此，MDI可以固着IPBC，降低其流失率，并对重组木的尺寸稳定性产生正面影响。
2.2 载药量分析
为了进一步了解样品的内部结构，使用压汞法获得了重组木、微波重组木、水煮重组木、微创重组木的孔隙率和孔径分布。与原始重组木相比，经过处理后的重组木孔隙率都得到了明显的提高。微波组、水煮组、微创组的总孔隙率分别增加了21.6%、31.2%、64.1%（图4a）。微创重组木的增量孔径明显增加，特别是在9 ~ 10 000 nm之间，孔径几乎增加了2倍，总表面积增加54.0%（图4b）。这主要是因为微创结构的制造形成了多尺度的裂纹和孔隙，显著提高了孔隙率，促进了溶液的快速深度渗透。以上结果表明，微波、水煮、微创都能够提升重组木的孔隙率和渗透性。水煮处理是利用水作为介质，对木材进行抽提与热处理的过程，该方法能够带出一部分未固化完全的酚醛树脂，从而打开渗透通道[10]。微波处理是使木材内部的水分在短时间内吸收大量能量升温汽化，增加木材内的蒸汽压力，在高蒸汽压作用下将木材细胞壁的纹孔膜、导管中的侵填体等薄弱部位破坏，从而增加渗透性[11]。而本研究自创的微创处理改善渗透性效果最优。这是因为微创处理能够产生一定深度且不同尺度的裂纹，形成多尺度的孔隙，增加了各个维度的渗透通道，为IPBC的高效浸渍提供了基础通道。
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图 4 不同处理工艺制备的重组木的孔隙率（a）、累计进汞量（b）、载药量（c）和碘元素含量（d）Figure 4. Porosity (a), cumulative mercury intake (b), drug loading capacity (c), iodine content (d) of wood scrimber prepared by different mildew control processes图4c显示了浸渍IPBC 30 min后的载药量，各组均采用0.1%的IPBC溶液。未处理重组木由于致密的结构，其平均载药量仅为0.025 kg/m3。微波重组木和水煮重组木载药量相近，分别为0.033、0.034 kg/m3。微创重组木载药量最高，为0.047 kg/m3，相比未处理组提升了88.0%。以上结果表明，微创法制造的微裂纹结构显著促进了IPBC的渗透和吸收。IPBC浸入木材时，与材料之间不发生化学官能团结合，仅仅靠物理吸附作用留在木材内[12]。碘元素是IPBC所独有的，碘的存在表明IPBC成功负载在重组木上（图4d）。根据电感耦合等离子体质谱仪测量结果，重组木、微波重组木、水煮重组木、微创重组木的整体碘元素含量分别为18.41、39.82、40.18和94.57 mg/kg。微创重组木整体的IPBC含量较高，说明微创结构大大改善了IPBC在重组木内部的渗透深度和广度，使得IPBC渗透的均匀有效，这为优异的防霉防腐效果提供了依据。
2.3 防霉防蓝变性能评价
不同工艺重组木的防霉防蓝变性能检测结果如表2 所示，感染结果照片如图5所示。未经任何处理的重组木对照样品对黑曲霉和可可球二孢菌的感染面积均大于3/4，表面感染等级都为4级，防治效力为0%。经过防霉防腐工艺处理后，各组试件的感染程度均得到了一定的降低，其中无预处理/浸渍IPBC工艺的重组木对黑曲霉和可可球二孢菌的感染等级分别为1和3级，防治效力分别为75%和25%，这说明直接浸渍制备的防霉防腐重组木对黑曲霉和可可球二孢菌的防治能力较差。微波预处理/浸渍IPBC工艺对两种霉菌的感染面积均为小于1/4，感染等级均为1级，防治效力为75%，水煮预处理/浸渍IPBC工艺对黑曲霉和可可球二孢菌的感染面积分别为无菌丝和小于1/4，感染等级分别为0和1级，防治效力分别为100% 和75%，这说明微波和水煮预处理可以提高防霉性能，但仍没达到100%的理想防治效力。而采用微创预处理/浸渍IPBC工艺的重组木对两种霉菌的感染等级均为0级，防治效力都为100%，对霉菌和变色真菌的防霉效果都十分优良。分析其原因主要是微创结构使得IPBC载药量较多，在重组木中形成均匀分布，能有效抵御霉菌侵袭，之后采用涂胶工艺将MDI涂覆在重组木表面，MDI深层渗透，固化后MDI将IPBC牢牢包裹在重组木中，防止其快速流失。图6显示与未经过MDI饰面的重组木相比，饰面后的流失率减少了63.0%，表明MDI饰面能够有效的防止IPBC流失。
表 2 重组木防霉防腐处理工艺的防霉效果评价Table 2. Evaluation on mildew control effect of wood scrimber by mildew control processes样品
Sample黑曲霉
Aspergillus niger可可球二孢菌
Botryodiplodia theobromae试样表面感染等级
Infection grade of
sample surface防治效力
Preventing
efficiency/%试样表面感染等级
Infection grade of
sample surface防治效力
Preventing
efficiency/%重组木对照样 Scrimber control sample 4 0 4 0 无预处理/浸渍IPBC工艺
No pretreatment/soaking IPBC process1 75 3 25 微波预处理/浸渍IPBC工艺
Microwave pretreatment/soaking IPBC process1 75 1 75 水煮预处理/浸渍IPBC工艺
Water pretreatment/soaking IPBC process0 100 1 75 微创预处理/浸渍IPBC工艺
Minimally invasive pretreatment/soaking IPBC process0 100 0 100 ![]()
图 5 不同处理工艺重组木的防霉效果Figure 5. Mildew control effect of wood scrimber prepared by different mildew proof treatment processes![]()
图 6 不同处理工艺重组木的IPBC流失率Figure 6. IPBC leaching rate of wood scrimber under different treatment processes2.4 防腐性能评价
表3显示：未处理的杨木对照样在白腐菌和褐腐菌的腐蚀下的质量损失率分别达到85.56%和66.46%，属于不耐腐等级。这主要是因为木材含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等成分，在适宜的生长环境下，极易被腐朽菌侵害，导致颜色变化和结构破坏。未处理的重组木在白腐菌和褐腐菌的腐蚀下的质量损失率分别达到了15.1%和12.3%。这主要是在制板过程中加入了胶黏剂等物质，酚醛树脂对腐朽菌有一定的抑制作用。同时经过热压，纤维化单板胶合成重组木后，疏解破坏的导管、木射线被压缩，孔径变小，使菌丝进入木材的路径减少。经IPBC处理后，4种不同预处理的重组木的防腐能力都得到了提高。无预处理/IPBC浸渍的重组木两种菌的质量损失率均降低到了10%以下，说明IPBC对两种菌有一定的防腐效果。微波预处理/IPBC浸渍工艺和水煮预处理/IPBC浸渍工艺所得到的重组木对两种菌的质量损失率达到3% ~ 4%，说明微波预处理和水煮预处理具有一定的效果。这主要是因为预处理打开了一些渗透通道，使得IPBC更好地负载在重组木表面和内部。微创预处理/IPBC浸渍工艺取得了最优效果，在白腐菌和褐腐菌的腐蚀下质量损失率分别降低到1.32%和0.98%，说明微创预处理具有极大的促进作用。由此表明，水煮、微波、微创预处理菌对防腐起到了促进效果，预处理可以极大促进IPBC溶液的深度浸渍，更好地抑制腐朽菌的生长，其中微创的防腐效果最优。
表 3 防霉防腐处理工艺对重组木的耐腐效果Table 3. Decay resistance effect of anti-mold and anti-corrosion processes on wood scrimber样品
Sample白腐菌
Coriolus versicolor褐腐菌
Poria placenta质量损失率
Mass loss rate/%耐腐等级
Grade of anti-corrosion质量损失率
Mass loss rate/%耐腐等级
Grade of anti-corrosion杨木对照样 Control of poplar wood 85.56 ± 2.67 Ⅳ 66.46 ± 3.38 Ⅳ 重组木对照样 Control of scrimber 15.1 ± 1.39 Ⅱ 12.3 ± 0.68 Ⅱ 无预处理/浸渍IPBC工艺
No pretreatment/soaking IPBC process7.19 ± 0.16 Ⅰ 5.53 ± 1.05 Ⅰ 微波预处理/浸渍IPBC工艺
Microwave pretreatment/soaking IPBC process4.32 ± 0.52 Ⅰ 3.68 ± 0.31 Ⅰ 水煮预处理/浸渍IPBC工艺
Water pretreatment/soaking IPBC process3.95 ± 0.56 Ⅰ 3.31 ± 0.74 Ⅰ 微创预处理/浸渍IPBC工艺
Minimally invasive pretreatment/soaking IPBC process1.32 ± 0.22 Ⅰ 0.98 ± 0.27 Ⅰ 注：Ⅰ为强耐腐，Ⅱ为耐腐，Ⅳ为不耐腐。Notes: Ⅰ is strong decay resistance, Ⅱ is decay resistance, Ⅳ is not decay resistance. 2.5 力学性能与尺寸稳定性分析
图7a，b显示：经过预处理并浸渍IPBC和涂刷MDI后，样品的弯曲性能和剪切性能相比重组木对照样都有了一定的提升。微波预处理/IPBC浸渍工艺的重组木MOR、MOE和SS分别提高了7.4%、7.3%和6.2%。水煮预处理/IPBC浸渍工艺的重组木的MOR、MOE和SS分别提高了3.7%、4.9%和 5.2%。这主要是MDI饰面层发挥了一定的作用，MDI渗透于微创通道中，填充了胞间层，微裂细胞壁和细胞腔，将细胞内部和细胞与细胞之间连成一个整体共同抵御外荷载。更多的黏合点和界面会一定程度上增强样品的力学性能。微创预处理/IPBC浸渍工艺重组木的力学性能提升最多，它的MOR、MOE和SS分别提高了14.9%、13.6%和17.4%。这主要是因为微创预处理的裂隙主要存在细胞的胞间层中，仅有极少数的细胞壁产生微裂，而影响力学强度的主要为木材的细胞壁，因此微创预处理对力学性能基本无影响。同时涂覆MDI后，MDI渗透于微创通道中，填充了胞间层、微裂细胞壁和细胞腔，将细胞内部和细胞与细胞之间连成一个整体共同抵御外荷载。因此微创工艺处理的防霉重组木在防霉和力学性能各个方面的表现均很优异，规避了传统防霉处理的力学损失。
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图 7 不同防霉处理工艺重组木的抗弯强度（a）、抗剪强度（b）、宽度膨胀率（c）的厚度膨胀率（d）Figure 7. Bending strength (a), shear strength (b), width expansion rate (c), thickness expansion rate (d) of wood scrimbers prepared by different mildew proof processes采用63 ℃、24 h水煮的方法测量木材的尺寸稳定性。在热压过程中，厚度方向被急剧压缩，而宽度方向压缩率极小。因此在水煮后，厚度方向更容易回弹变形，样品的吸水厚度膨胀率远高于吸水宽度膨胀率（图7c ~ d）。对照样、微波预处理/IPBC浸渍工艺、水煮预处理/IPBC浸渍工艺和微创预处理/IPBC浸渍工艺重组木的吸水厚度膨胀率为分别为11.8%、10.4%、9.9%和6.0%，说明MDI能够显著降低厚度膨胀率。这主要是由于MDI会与木材化学组分中的羟基发生反应，减少羟基数量，降低其亲水性。负载MDI后的样品表面接触角为120°，具有了一定的疏水性，水分不容易入侵到样品内部，进一步提高了尺寸稳定性。此外，经耐水试验后的各组样品表面形貌也具有明显差异。对照样膨胀明显且出现明显的裂缝，微波预处理和水煮预处理样品也明显膨胀，但无裂缝。而微创预处理/IPBC浸渍工艺样品不仅膨胀率小且无裂缝。说明采用水煮和微波预处理后涂刷MDI只能减少裂缝的出现，而微创结构与MDI结合不仅能减少裂缝，同时能有效抑制膨胀。以上结果表明，微创预处理/IPBC浸渍工艺样品具有最优尺寸稳定性。
3. 结 论
未经任何处理的重组木对照样对黑曲霉和可可球二孢菌的防治效力均为0%，存在严重的霉变和蓝变问题。经白腐菌和褐腐菌侵蚀后的质量损失率分别为达到15.1%和12.3%，达到耐腐等级。这主要是在制板过程中加入了胶黏剂等物质，酚醛树脂对腐朽菌有一定的抑制作用。同时经过热压，纤维化单板胶合成重组木后，疏解破坏的导管，木射线被压缩，孔径变小，使菌丝进入木材的路径减少。
采用微波预处理/浸渍IPBC工艺的重组木渗透通道打开有限；相比对照样，载药量仅提升32%，对黑曲霉和可可球二孢菌的防治效力为75%，未达到有效的防霉和防蓝变效果；经白腐菌和褐腐菌侵蚀后的质量损失率分别为达到4.32%和3.68%，达到强耐腐等级。相比重组木对照样，微波预处理/IPBC浸渍工艺的重组木MOR和SS分别提高了7.4%和6.2%，其吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率分别降低了4.4%和11.9%。采用水煮预处理/浸渍IPBC工艺的重组木仅带出一部分未固化完全酚醛树脂；相比对照样，载药量仅提升36%，对黑曲霉和可可球二孢菌的防治效力分别为100%和75%，未达到有效的防蓝变效果；经白腐菌和褐腐菌侵蚀后的质量损失率分别为达到3.95%和3.31%，达到强耐腐等级。相比重组木对照样，水煮预处理/IPBC浸渍工艺的重组木的MOR和SS分别提高了3.7%和 5.2%，其吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率分别降低了5.0%和16.1%。
采用创新性的微创预处理/IPBC浸渍工艺的重组木，由于多尺度渗透通道，使得IPBC溶液渗透得更加深入均匀，载药量提升了88.0%。对黑曲霉和可可球二孢菌的防治效力均为100%，具有有效的防霉防蓝变效果。在白腐菌和褐腐菌的腐蚀下其质量损失率分别仅为1.32%和0.98%，达到强耐腐等级。相比重组木对照样，微创预处理/IPBC浸渍工艺的重组木的MOR和SS分别提高了14.9%和17.4%，其吸水宽度膨胀率和吸水厚度膨胀率分别降低了25.0%和49.2%。此工艺制备的重组木可广泛应用于室外环境中。此外，微创法绿色环保、简单易制备，有望在重组材料的批量化和连续化生产中应用。
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图 1 防霉防腐重组木制备过程示意图
Figure 1. Schematic diagram of preparation of mildew-resistant wood scrimber
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图 2 重组木（a ~ c）、微创重组木（d ~ f）、微创预处理/IPBC浸渍重组木（g ~ i）的微观形貌
Figure 2. Microtopography of wood scrimber (a−c), minimally invasive wood scrimber (d−f), minimally invasive pretreated/IPBC impregnated wood scrimber (g−i)
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图 3 重组木（a）、微创重组木（b）、微创预处理/IPBC浸渍重组木（c）的表面接触角
Figure 3. Surface contact angle of wood scrimber (a), minimally invasive wood scrimber (b), minimally invasive pretreated/IPBC impregnated wood scrimber (c)
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图 4 不同处理工艺制备的重组木的孔隙率（a）、累计进汞量（b）、载药量（c）和碘元素含量（d）
Figure 4. Porosity (a), cumulative mercury intake (b), drug loading capacity (c), iodine content (d) of wood scrimber prepared by different mildew control processes
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图 5 不同处理工艺重组木的防霉效果
Figure 5. Mildew control effect of wood scrimber prepared by different mildew proof treatment processes
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图 6 不同处理工艺重组木的IPBC流失率
Figure 6. IPBC leaching rate of wood scrimber under different treatment processes
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图 7 不同防霉处理工艺重组木的抗弯强度（a）、抗剪强度（b）、宽度膨胀率（c）的厚度膨胀率（d）
Figure 7. Bending strength (a), shear strength (b), width expansion rate (c), thickness expansion rate (d) of wood scrimbers prepared by different mildew proof processes
表 1 试样受霉菌和变色菌表面感染值分级
Table 1 Classification of surface infection values of samples by fungi and color changing bacteria
分级 Grade 试样感染面积 Infected area of sample 0 试样表面无菌丝、霉点 No mycelial and mould on the surface of sample 1 试样表面感染面积 < 1/4 Infected area on the surface of sample < 1/4 2 试样表面感染面积1/4 ~ 1/2 Infected area on the surface of sample 1/4−1/2 3 试样表面感染面积1/2 ~ 3/4 Infected area on the surface of sample 1/2−3/4 4 试样表面感染面积 > 3/4 Infected area on the surface of sample > 3/4 注：表1引自GB/T 18261—2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》。Note: Tab. 1 is cited from GB/T 18261−2013 Test method for anti-mildew agents in controllingwood mould and stain fungi . 
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表 2 重组木防霉防腐处理工艺的防霉效果评价
Table 2 Evaluation on mildew control effect of wood scrimber by mildew control processes
样品
Sample黑曲霉
Aspergillus niger可可球二孢菌
Botryodiplodia theobromae试样表面感染等级
Infection grade of
sample surface防治效力
Preventing
efficiency/%试样表面感染等级
Infection grade of
sample surface防治效力
Preventing
efficiency/%重组木对照样 Scrimber control sample 4 0 4 0 无预处理/浸渍IPBC工艺
No pretreatment/soaking IPBC process1 75 3 25 微波预处理/浸渍IPBC工艺
Microwave pretreatment/soaking IPBC process1 75 1 75 水煮预处理/浸渍IPBC工艺
Water pretreatment/soaking IPBC process0 100 1 75 微创预处理/浸渍IPBC工艺
Minimally invasive pretreatment/soaking IPBC process0 100 0 100
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表 3 防霉防腐处理工艺对重组木的耐腐效果
Table 3 Decay resistance effect of anti-mold and anti-corrosion processes on wood scrimber
样品
Sample白腐菌
Coriolus versicolor褐腐菌
Poria placenta质量损失率
Mass loss rate/%耐腐等级
Grade of anti-corrosion质量损失率
Mass loss rate/%耐腐等级
Grade of anti-corrosion杨木对照样 Control of poplar wood 85.56 ± 2.67 Ⅳ 66.46 ± 3.38 Ⅳ 重组木对照样 Control of scrimber 15.1 ± 1.39 Ⅱ 12.3 ± 0.68 Ⅱ 无预处理/浸渍IPBC工艺
No pretreatment/soaking IPBC process7.19 ± 0.16 Ⅰ 5.53 ± 1.05 Ⅰ 微波预处理/浸渍IPBC工艺
Microwave pretreatment/soaking IPBC process4.32 ± 0.52 Ⅰ 3.68 ± 0.31 Ⅰ 水煮预处理/浸渍IPBC工艺
Water pretreatment/soaking IPBC process3.95 ± 0.56 Ⅰ 3.31 ± 0.74 Ⅰ 微创预处理/浸渍IPBC工艺
Minimally invasive pretreatment/soaking IPBC process1.32 ± 0.22 Ⅰ 0.98 ± 0.27 Ⅰ 注：Ⅰ为强耐腐，Ⅱ为耐腐，Ⅳ为不耐腐。Notes: Ⅰ is strong decay resistance, Ⅱ is decay resistance, Ⅳ is not decay resistance.
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