CN101530072A

CN101530072A - 利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法

Info

Publication number: CN101530072A
Application number: CN200910083025A
Authority: CN
Inventors: 黄荣凤; 吕建雄; 伍艳梅; 赵有科; 吴玉章; 周永东
Original assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Current assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2009-09-16

Abstract

本发明提供了一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，包括将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间并对该木材施加高频电压进行高频加热，所述的高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz，所述的高频平行阴、阳两电极板之间的间距不超过220mm；本发明的高频电磁波加热方式是一种内部加热方法，与常规热处理等方法的除害原理相比具有疫木处理均匀、时间短、变形小、杀虫效果好等优点；与化学药剂熏蒸处理相比有利于环保和人体健康。

Description

利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法

技术领域

本发明属于高频技术应用木材检疫的领域，涉及一种进出口木材包括木包装材料的检疫除害方法，具体为提供一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，主要应用于木材检疫中的杀虫处理的方法。

背景技术

木包装检疫除害处理是国际贸易过程的关键环节，处理效果会直接影响贸易活动的成败。为了防止外来有害生物传入，在进出口贸易中，需要对木包装进行进出口检疫除害处理工作。目前，世界通行的检疫处理方法主要是应用化学药剂熏蒸处理和热处理。由于常用的化学药剂溴甲烷对大气臭氧层具有破坏作用，根据1997年蒙特利尔协议，发达国家在2005年完全停止使用，发展中国家也将在2015年前完全停止使用。目前尚无其他熏蒸处理药剂可以完全替代溴甲烷使用。而用热处理窑对木材、木包装箱进行干燥杀虫处理，其处理时间长，成本高，效率低，不能适应进出口检疫工作的要求。因此，木包装检疫除害处理技术的进一步完善和新型处理技术的开发是当前亟需开展的研究内容。

国外科学家们已对使用高频、微波灭除木材中的白蚁、甲虫和木蛀幼虫，以及活立木中的光肩星天牛幼虫进行了研究。发现高频加热木材的速率与木材含水率有一定的关系，木材含水率过低时加热很慢。但当木材的含水率过高时，由于加热木材中过多的水分需要能量，因此为了确保木材中害虫的死亡率，所需的微波能量也应越多。

在电磁波热除害处理方法探索上，我国还处于起步阶段。国内研究报道中也只限微波电磁波热除害处理疫木技术，未见高频电磁波热除害处理疫木的技术报道。虽然国外有高频热除害处理技术方面的研究，但是还没有进行应用研究，缺乏生产应用中所涉及的针对实际尺寸木材包装材料的高频热除害处理试验数据，也没有制定出相应的国家、国际标准。

发明内容

鉴于本领域目前在木材检疫领域杀虫技术发展的现状以及存在的缺陷，本发明人开发了一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，即，一种利用高频热除害处理杀灭木包装材料中光肩星天牛幼虫、松褐天牛幼虫等林木有害生物的方法，有效地解决了现有技术存在的问题。

本发明的目的在于提供一种利用高频热除害处理杀灭木包装材料中光肩星天牛幼虫等林木有害生物的方法，通过该方法可以达到有效杀灭木材中有害生物并且对木材本身的损伤达到最小的目的和效果。

本发明首先提供了一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，该方法包括将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间并对该木材施加高频电压进行高频加热，所述的高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz，所述的高频平行阴、阳两电极板之间的间距不超过220mm。

本发明提供的上述方法是一种处理效率高、成本低的木材(包括木包装材料)检疫除害方法。由于光肩星天牛幼虫和松褐天牛幼虫的生理活性极其相似，本发明所涉及的有害生物包括且尤其是指光肩星天牛幼虫和/或松褐天牛幼虫。

本发明的高频电磁波加热方式是一种内部加热方法，与常规热处理等方法的除害原理相比具有疫木处理均匀、时间短、变形小、杀虫效果好等优点；与化学药剂熏蒸处理相比，高频电磁波加热有利于环保和人体健康。

电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数称频率。

本发明的高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz范围内。

由于高频电磁波加热木材的均匀性与木材的密度，含水率、所含化学成分以及缺陷的存在等因素有关，因此，发明人经过大量的实验发现，必须把握电磁波加热过程中温度分布规律和特点，才能达到彻底杀灭有害生物的目的。

本发明根据木材含水率、木材厚度、极板间距、高频电压的不同来筛选不同的处理工艺，通过各种参数筛选，达到对木包装材料实现杀菌、杀虫的目的。

在本发明的优选实施例中，上述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中所述的高频电压频率范围是6.78～40.68MHz；最优选6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz。

本发明的根据木材含水率、木材厚度、极板间距、高频电压的不同来筛选制定不同的处理工艺，通过各种参数的筛选包括以下几个方面：

1)将杉木木材锯解成3种厚度规格试材：1100mm×100mm×20mm、1100mm×100mm×40mm、1100mm×100mm×45mm。

将杨木木材锯解成四种厚度规格试材：1100mm×100mm×20mm、1100mm×100mm×40mm、1100mm×100mm×60mm、1100mm×100mm×100mm。

2)使用含水率测定仪测定试材含水率以便将每种规格材按不同含水率范围8％～12％，10％～19％，20％～29％，30％～39％，45％～55％，55％～65％，65％～75％分为7个组，以避免加热不均情况发生，分组方式如下：

编号含水率范围

^*70MC， 65％～75％

^*60MC， 55％～65％

^*50MC 45％～55％

^*35MC， 30％～39％

^*25MC， 20％～29％

^*15MC， 10％～19％

^*10MC， 8％～12％

3)极板间木堆摆放：阴、阳两极板间放六列试材，两列之间间隔60mm，每列的块数依极板间距和试材的宽度、厚度而定。

4)高频间歇式加热处理杉木木材内部升温试验的测温点位置选择：本实验统一在保温箱内摆放六列木材，木材含水率、木材厚度、极板间距和高频电压对木材内部升温影响试验的测温木材为右数第二列中紧贴阳极板和阴极板木材，测温点分别取在测温木材一端距端头20mm(长度方向)处的厚度方向的中心点上；木材厚度方向上温度分布试验的测温木材为右数第二列中紧贴阴极板的木材，测温点取在测温木材一端距端头20mm(长度方向)处，距厚度方向表面10mm(用T₁表示)和厚度方向的中心点上(用T₂表示)。测温孔直径为3mm，深度为木材宽度的一半。

高频间歇式加热处理杉木、杨木中林木有害生物(光肩星天牛四龄幼虫)试验的测温点位置选择，测温木材为右数第二列中紧贴阳极板和阴极板的木材，测温点分别取在测温木材一端距端头20mm(长度方向)处的厚度方向的中心点上，测温孔直径为3mm，深度为木材宽度的一半。在紧挨测温点处钻3个天牛孔，3孔以测温点为中心呈三角形分布，每个天牛孔与测温孔之间有一层木材薄壁相隔。分别在测温孔和天牛孔中埋入光纤温度计和天牛幼虫，用木塞封口。

5)在高频加热过程中，采用间歇加热(加热1min，停1min)方式，解决阳极和阴极板附近木材测温点温差会随着时间的延长而增大的问题。

6)通过电热风机提供热空气，使箱内温度可以保持在70℃以上，解决极板间左与右侧试材堆，以及木材材心与表面加热不均的问题。

7)根据不同高频处理条件，控制处理时间(20min～60min)及保持处理温度(50℃～70℃)一定时间(10min～30min)，杀灭光肩星天牛四龄幼虫。

高频热处理杉木木材内部升温试验如下，优选极板间距：

杉木木材含水率为25MC，厚20mm。间歇式高频加热工艺条件：极板间距选取80mm、120mm、160mm、180mm、200mm六个水平，高频电压3档5KV，电流1.5A。试验结果，在80mm、120mm、160mm、180mm、200mm的极板间距间，杉木木材内部温度到达70℃所需的时间分别为20min、22min、33min、51min和64min。在高频电压3档5KV，电流1.5A条件下，加热含水率在50％以下的杉木木材时，极板间距益选取在80mm～180mm间。

含水率对升温影响：

杉木木材含水率分别为15MC，25MC，35MC，50MC，60MC，70MC，厚20mm。间歇式高频加热工艺条件：极板间距为160mm，高频3档5KV，电流1.5A。试验结果，随着木材含水率的增加，木材内部温度达到70℃所需的时间延长。木材含水率为25MC、35MC、50MC、70MC时，木材内部温度从20℃升到70℃，分别需要35min、50min、55min和75min。

木材厚度对升温影响：

杉木木材含水率分别为25MC、35MC，厚20mm、40mm、45mm。间歇式高频加热工艺条件：极板间距为160mm，高频3档5KV，电流1.5A。试验结果，厚度20mm、40mm与45mm木材中心升温曲线基本相同，高频加热过程中木材厚度对木材中心升温没有影响。

木材厚度方向上温度分布情况：

杉木木材含水率分别为25MC、35MC，厚40mm。间歇式高频加热工艺条件：极板间距为160mm，高频3档5KV，电流1.5A。试验结果，T₂达到70℃时，T₂比T₁高出20℃，木材厚度方向上温度分布不均。

高频电压对升温影响：

杉木木材含水率分别为35MC、50MC，厚20mm。间歇式高频加热工艺条件：极板间距为160mm，高频2档3.6KV、3档5KV和4档6.1KV，电流1.5A。试验结果，在高频4档和3档条件下，加热含水率为35MC的木材，木材内部温度从20℃加热到70℃，分别需要40min和50min。在高频2档条件下，加热含水率35MC的木材，木材内部温度升高到40℃后，温度几乎不再升高；在高频4档和3档条件下，加热含水率为50MC，厚20mm的木材，木材内部温度从20℃加热到70℃，分别需要42min和52min。

经过上述筛选实验测试和结果归纳分析，发明人提供了以下技术方案：

本发明提供了一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物例如光肩星天牛幼虫或松褐天牛幼虫的方法，该方法包括将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间并对该木材施加高频电压进行高频加热，所述的高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz，所述的高频平行阴、阳两电极板之间的间距不超过220mm。

优选高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz，例如在6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz下，高频平行阴、阳两电极板之间的间距范围是60～220mm。

上述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，在将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间的步骤之前，该方法还优选包括对木材进行前处理，该前处理的步骤包括将该木材的厚度控制在200mm范围内，例如60～200mm；尤其优选控制该木材的厚度不超过100mm；以及，控制该木材的含水率在10～70％范围内，优选控制该木材的含水率在15～30％，且根据含水率不同，更优选将木材分垛，保证每组实验所用木材含水率差小于10％。

上述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间的步骤中，设置高频平行阴、阳两电极板之间的间距为80～200mm；该间距更优选大约160mm。

在本发明的另一优选实施例中，所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法中，在高频加热的过程中，本发明所采用的加热方式可根据每批需处理的木材含水率、木材体积，选择“连续加热/间歇加热”的高频加热方式。

在所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法中，高频加热过程所采用的高频电压一般在5KV以上，5KV或5KV以下不能实现本发明的目的和效果。在本发明的优选实施例中，高频电压采用5～KV～7.5KV，即高频电压的输出采用3～5档(5KV～7.5KV)的可调式；优选该高频加热过程中控制加热温度为50℃～70℃。温度测定是以箱体内温度最低点的部位为准；以及在该高频加热的过程中，控制加热时间为10min～30min。

上述的高频热处理杀灭木包装材料中光肩星天牛幼虫、松褐天牛幼虫等林木有害生物的方法，其中，具体的处理工艺是根据影响高频升温速度的因子即高频电压、木材含水率、高频平行阴、阳两电极板之间的间距和木材厚度来确定的。温度测定是以箱体内温度最低点的部位为准，温度到达一定值，并保持一定时间后，有害生物死亡率达100％。

在本发明中所涉及的有害生物包括光肩星天牛幼虫和/或松褐天牛幼虫。

在本发明中所涉及的木材包括原木、木制加工品、木包装材料等。

本发明还提供了上述技术在木材检疫中的应用，其可应用于各种木材检疫杀虫中，如原木、木制加工板材、木包装材料等材料的检疫杀虫领域。

本发明的有益效果如下：

1)由于高频这种电磁波加热方式是一种内部加热方法，与常规热处理方法相比，具有疫木处理均匀、时间短、变形小、杀虫效果好等优点。

2)与化学药剂熏蒸处理相比，高频电磁波加热有利于环保和人体健康。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和技术方案以及效果，以下借助实施例进一步详细阐述，但不应理解为对本发明实施范围的任何限定。

高频热处理杉木、杨木杀灭光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫的试验：

实施例1

采用高频电压3档，电流1A加热极板间距180mm间含水率为10MC，厚45mm的杉木，木材测温点温度达到50℃。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，3只存活，死亡率0％。

实施例2

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为25MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到50℃。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，3只存活，死亡率0％。

实施例3

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为35MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到60℃。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，2只存活，死亡率33％。

实施例4

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为35MC，厚60mm的杨木，木材测温点温度达到64℃。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，1只存活，死亡率66％。

实施例5

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距80mm间含水率为15MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，3只死亡，死亡率100％。

实施例6

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距80mm间含水率为20MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持20min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，3只死亡，死亡率100％。

实施例7

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距120mm间含水率为20MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持20min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，3只死亡，死亡率100％。

实施例8

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为25MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持10min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，3只存活，死亡率0％。

实施例9

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为50MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持10min。试验结果，埋入的3只松褐天牛幼虫，3只存活，死亡率0％；埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，3只存活，死亡率0％。

实施例10

采用高频电压3档，电流1A加热极板间距180mm间含水率为15MC，厚45mm的杉木，木材测温点温度达到45℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，3只存活，死亡率0％。

实施例11

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为25MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到50℃、保持15min。试验结果，埋入的6只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，1只存活，死亡率80％。

实施例12

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为35MC，厚100mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫或松褐天牛幼虫，2只存活，死亡率33％。

实施例13

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为35MC，厚100mm的杨木，木材测温点温度达到65℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％；埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％。

实施例14

采用高频电压3档，电流1A加热极板间距180mm间含水率为15MC，厚45mm的杉木，木材测温点温度达到56℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％；埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％。

实施例15

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距180mm间含水率为40MC，厚60mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持15min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，1只存活，死亡率66％。

实施例16

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为40MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到50℃、保持20min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％。

实施例17

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为40MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持20min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％。

实施例18

采用高频电压3档，电流1.5A加热极板间距160mm间含水率为45MC，厚40mm的杨木，木材测温点温度达到56℃、保持30min。试验结果，埋入的3只光肩星天牛四龄幼虫，0只存活，死亡率100％。

实施例19

一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，包括将木材置于间距为150mm的高频平行阴、阳两电极板间，该木材的厚度控制在100mm，含水率为15％，对该木材施加高频电压进行高频加热，该高频电压的频率范围是6.78MHz，高频电压为5KV～7.5KV，加热温度为55℃，加热时间为20min。

结果：光肩星天牛四龄幼虫死亡率100％；松褐天牛幼虫死亡率100％。

实施例20

一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，将木材置于间距为170mm的高频平行阴、阳两电极板之间，该木材的厚度控制在大约70mm，含水率约为25％，对该木材施加高频电压进行高频加热，该高频电压频率是13.56MHz，高频电压为5KV～7.5KV，加热温度为70℃，加热时间为30min。

结果证明，光肩星天牛四龄幼虫和松褐天牛幼虫的死亡率均为100％。

实施例21

一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，将木材置于间距为160mm的高频平行阴、阳两电极板之间，该木材的厚度控制在大约50mm，含水率约为30％，对该木材施加高频电压进行高频加热，该高频电压的频率是27.12MHz，高频电压为5KV～7.5KV，加热温度为60℃，加热时间25min。

实施例22

一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，将木材置于间距为150mm的高频平行阴、阳两电极板之间，该木材的厚度控制在大约30mm，含水率约为45％，对该木材施加高频电压进行高频加热，该高频电压的频率是6.78MHz，高频电压为5KV～7.5KV，加热温度为70℃，加热时间为25min。

实施例23

一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，将木材置于间距为170mm的高频平行阴、阳两电极板之间，该木材的厚度控制在大约100mm，含水率约为15％，对该木材施加高频电压进行高频加热，该高频电压的频率是13.56MHz，高频电压为5KV～7.5KV，加热温度为70℃，加热方式为连续加热/间歇加热，加热时间为25min。

Claims

1.一种利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，该方法包括将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间并对该木材施加高频电压进行高频加热，所述的高频电压的频率范围是6.78～40.68MHz，高频平行阴、阳两电极板之间的间距范围是60～220mm。

2.权利要求1所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，在将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间的步骤之前，该方法还包括对木材进行前处理，该前处理包括将该木材的厚度控制在10～200mm。

3.权利要求1所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，在将木材置于高频平行阴、阳两电极板之间的步骤之前，该方法还包括控制该木材的含水率在10～70％范围内。

4.权利要求3所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，该方法还包括控制该木材的含水率在15～30％范围内。

5.权利要求1所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，所述的高频平行阴、阳两电极板之间的间距为80～200mm。

6.权利要求1所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，在所述的高频加热的过程中所采用的高频电压大于5KV。

7.权利要求1所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，该方法包括，在所述的高频加热的过程中，控制加热温度为50℃～70℃。

8.权利要求1—7任一项所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，所述的有害生物包括光肩星天牛幼虫和/或松褐天牛幼虫。

9.权利要求8所述的利用高频电磁波杀灭木材中有害生物的方法，其中，所述的高频电压的频率为6.78MHz、13.56MHz或27.12MHz。