國內外防腐木回收利用現狀研究

左春麗

揚州工業職業技術學院

1 引言

自古以來木材就是重要的生產生活材料。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和結構產生破壞作用。因此，人們不斷采用新的技術和材料來保護使用中的木材。最傳統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

隨著化學技術的進步，化學防腐劑應運而生。現今，最常用的防腐劑是水性防腐劑，通過介質水將溶解性防腐成份輸送到木材中與其結合。在水份蒸發后防腐物質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，本文重點研究CCA和ACQ 防腐原理與回收利用現狀，以期為此類防腐木的生產應用及回收處理提供一定的理論依據。

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

CCA 的應用始于19 世紀30 年代，其主要成份包括六價鉻(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合通常叫做固化。固化過程就是六價鉻還原成三價鉻的過程[2]，在這個過程中，鉻離子起到了氧化作用。通常鉻的反應方程式可以歸結為：

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復合物，二價銅和纖維素及木素的復合物，鉻沉淀物[4、5、6]。結合后，銅離子起到防止真菌和細菌對木材的破壞；砷起到抵御昆蟲破壞的作用；同時，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作用，但是其內部三種主要重金屬成份對環境會有潛在的影響；用于室外環境中的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地的氣候、雨水、土壤酸度以及木材制品的使用時間[7]。

在使用過程中，CCA會產生一定的危害，而且當CCA處理過的木材到達使用年限需要被回收處理之際還可能造成更多的環境影響。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，繼而進入地下水資源中，從而對環境健康帶來負面的影響；另外的處理方式是通過燃燒將其轉換為能源，但是燃燒過程會導致更高濃度的砷釋放出來，則會對健康和環境帶來更大的影響[8、9、10]。

隨著研究的深入，CCA會帶來健康風險得到共識，雖然沒有確鑿的證據來量化CCA 的環境風險，但輿論壓力依舊使得美國和加拿大的木材防腐行業自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，特別是各種商業和工業應用，如電線桿，柵欄，木樁結構等。

3 胺溶銅季銨鹽--Alkaline Copper Quat(ACQ)

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

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

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

（1）ACQ有相對均衡的抗生物侵襲性，比如應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CCA處理木材中鉻和砷等化學元素對環境的潛在影響。

（3）若使用燃燒處理，它產生的灰分中含有更少的重金屬污染。

當然，ACQ 也有自身的弱項：ACQ 處理過的產品會染上綠色；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

雖然化學防腐劑的應用可以使木材的使用壽命成倍的增長，但是木制產品到了一定的使用年限后依然需要面對如何進行后處理的問題。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面影響。因此，合理地回收利用防腐劑處理木制品已經受到了越來越多的關注，目前已經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境的潛在影響，所以用化學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。很多研究已經證明：合理地使用化學提取劑可以很好地將防腐劑成份從木材中分離出來[20-27]。現今的研究主要集中于如何更好地控制成本以使這種技術更好地運用到實際生產之中。

5 結束語

國外的化學防腐劑技術已經相對成熟，與其本身木材資源的廣泛利用有關。我國的木材資源匱乏，有很大的比例是從國外進口用于家具、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、拓寬木材的應用范圍，在很大程度上提高了我國對有限木質資源的優質、優效利用，節省了成本。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驗，規范防腐劑的生產、處理和使用過程，使其更好地促進木材產品的合理利用。