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美国总统绿色化学奖金乐红“护木”人生

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  序言:木,生良工,生技巧,生生不息。蕴文化之要,含生活之趣!木者,《说文解字》中曰:冒也。冒地而生。东方之行。从屮,下象其根。凡木之属皆从木。莫卜切徐锴曰:“屮者,木始甲拆,万物皆始於微。故木从屮。”

  木,是中国建筑史上不可缺少的一章,也是中华民族一个重要的文化符号。从建筑到居室,从家具到玩物,木的应用无所不在。人们喜爱木的亲近,也崇尚木的精神,有人说,木是人类最亲和的自然材料,爱木之心,人皆有之。

  中华民族对木文化的情怀可谓源远流长,上可追溯至上古时期,《孟子·尽心上》记载有:舜之居深山之中,与木石居,与鹿豕游。可见古老的中华文明对于木的独特情怀。

  但木,易腐蚀,易生虫,易开裂,易变形。于是,如何保护木,尤其是开发绿色保木技术,已经成为当下木材应用领域研究的重要课题。

  “第二代水溶性高效木材防腐剂在北美和世界各地已经广泛使用。第三代无金属、有机化合物为主体的高效、低毒和多功能的水溶性木材保护防腐剂也已经在美国问世并开始使用,并且正在不断完善。”这是美国著名木材保护专家金乐红博士在第九届中国木材保护大会的发言。作为美国总统绿色化学奖的获得者,金乐红博士的这段话为国内木材保护领域的发展指明了方向。



美国著名木材保护专家金乐红博士(中间)

  近日,笔者有幸在广东省林科院、广州星悦木材防腐剂有限公司、丰胜(广州)建材有限公司联合举办的技术交流沙龙上,专访美国总统绿色化学奖的获得者、前美国木材防腐协会非加压处理防腐剂总技术委员会主席、国际木材保护研究组织(International Research Group on Wood Protection-IRG)核心成员,美国VIANCE公司研究开发科技中心主任金乐红博士,一起探讨如何在环保的前提下实现木材的长期和可循环使用。

  作为世界木材保护界杰出的华人代表,金乐红博士创造了多项第一:文革后首批高考入学的大学生、加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学(UBC)推荐免读硕士直读博士并成为第一个获得该校优秀研究生学术奖学金的中国大陆学生、美国木材保护协会(AWPA)历史上第一位女性总技术委员会主席、国际木材保护研究组织(IRG)执行委员,美国Viance公司的科研与开发中心主任和科研技术总监。

  金乐红出生在苏州的一个知识分子家庭。1977年,由于文化大革命的冲击而中断了十年的中国高考制度得以恢复,她作为文革后首批参加高考的学生考入了南京林产工业学院(现南京林业大学)林产化工专业。1982年,从南京林产工业学院(现南京林业大学)毕业,同年参加了教育部出国研究生考试,于1983年初赴加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia-UBC,Vancouver,Canada)攻读木材化学硕士学位。半年后由于成绩优异由系、院推荐获准免读硕士转入直读博士学位。1983年夏季,金乐红成为第一个中国大陆出国研究生获得不列颠哥伦比亚大学为研究生院设立的优秀研究生学术奖学金(University of British Columbia,Graduate Academic Fellowship)。此奖学金每年由各系、院推荐,由研究生院竞争评定。获得此奖学金对当时一个中国学生来说是十分不容易。从1983年至l987年,她每年获此奖学金。1987年,金乐红完成博士论文及毕业答辩获得不列颠哥伦比亚大学木材化学专业博士学位。她的博士论文的主要内容是对加拿大的主要树种Western Red Cedar心材抽提物的化学结构、生物抗菌功能、生物降解及生物毒性的化学和机理研究。三篇总结相关研究成果和发现的学术论文,先后于1987和1988年发表于加拿大化学杂志(Canadian Journal of Chemistry)、加拿大林业研究杂志(Canadian Journal of Forest Research)和纤维素化学和技术杂志(Cellulose Chemistry Technology)。

  获博士学位后,金乐红离开加拿大前往美国著名的联邦政府国家林产品研究院(United States Forest Products Laboratory-FPL,Madison,Wisconsin)微生物和生物化学研究所(Microbial and Biochemical Research Institute),在世界著名的木素化学和木素生物化学专家,美国国家科学院院士(memberof United State Academy of Science)Dr.KentKirk指导下从事博士后研究。金乐红博士后的研究课题集中在褐色真菌(Brown—RotFungi)对木素的生物降解机理以及生物降解产物的工业再利用价值的研究。此课题涉及到木素化学、木素生物化学、木材腐蚀菌对木素的降解和破坏以及褐色真菌降解物的工业利用如胶料和木材防腐剂等领域,项目研究进而扩大到与密西西比州立大学林产品研究所(Forest Products Laboratory,Mississippi State University)共同合作。后阶段的博士后工作是在木材防腐领域的世界权威教授、曾任美国木材防腐协会(AWPA)主席的Dr.Darrel Nicholas的指导下进行。这一研究项目有十分重要的意义,并很快取得了突破性和实践性的进展。1988年,美国联邦政府国家林产品研究院颁发给金乐红博士奖励证书以感谢她在褐色真菌对木素的生物降解机理研究项目中的宝贵合作(USDA,Forest Service,FPL,1988.Certification awarded for “Valuable collaboration in research on the demethylation of lignin by Brown-rotfungi”)。在总结博士后研究内容和成果的过程中,金乐红博士2-3年内先后在美国和世界相关的专业杂志上发表了7篇有关的学术论文。两年多的博士后研究使她积累了丰富的实际科研经验,并对天然产物和生物降解产物的利用、开发新型低毒性高效木材防腐剂的研究产生了极大的兴趣。

  1990年,金乐红博士受聘加入了当时的拉波特化学专用产品公司(Chemical Specialties Inc.(CSI)一Laporte,现名Viance,从l990年至今她在此化学专用产品公司先后任研究员(Research Scientist)、高级研究员(Senior Research Scientist)、技术质量管理部门经理,技术开发部研究经理,研究开发科技中心主任,科研技术开发总监等职务。工作内容是主要从事木材防腐剂和木材保护材料的新技术和新产品的研究、研制和技术开发与转让工作。近年来除了以上工作外,还,主持包括生产工艺改革、产品技术质量鉴定、原材料的选用和改进的工作。多年的科研工作和成果,尤其是对新型低毒性防腐剂ACQ和第三代无金属、有机化合物为主体的高效、低毒和多功能的水溶性木材保护剂的研制工作和在推动这些绿色产品进入美国和国际的木材保护市场所作的坚持不懈的努力,使她在全球木材保护领域具有一定的影响力和知名度。

  作为美国以及世界上专业生产和提供木材防腐剂和木材保护技术的三大巨头公司之一,Viance在美国乃至世界极具影响力。CCA(Copper,Chromium and Arsenic based wood preservative)是一种由铜、铬、砷三种无机氧化物或无机盐组成的水溶性木材防腐剂,这是一种以前在北美和世界上使用最广泛的传统高效水溶性木材防腐剂。它具有很强的抗真菌腐蚀、抗白蚁和抗昆虫性能,价格低廉,加压处理工艺简单,用CCA处理后的木材用途十分广泛。然而在过去的二十多年间,欧美国家和部分亚洲国家对CCA产品中的化学成份(铬、砷甚至于铜)对人体、水源和土壤是否有害提出了严重质疑。在90年代初,CCA的使用在美国这个世界上最大的木材防腐剂市场面临强烈的挑战。鉴于越来越多的有关CCA木材防腐剂的使用安全的严重质疑,这使得低毒性的无机和有机化合物相结合的新型木材防腐系统如ACQ的继续科研、改进和推广任务变的更为紧迫。在加入CSI公司的初期,金乐红博士的科研方向主要是研制低毒性的无机/有机化合物相结合的新型木材防腐系统以作为取代CCA的第二代水溶性高效木材防腐剂。ACQ就是CSL技术开发部从90年代初来投入大量资金、人力进行科研测试,专利推广和转让的一个重要产品。到2001年由CSL生产和提供的ACQ在北美,欧洲,部分亚洲市场如日本,以及澳大利亚和新西兰已成为可以取代CCA的最主要的木材防腐剂产品。金乐红博士在ACQ产品的技术研发和商业化过程发挥了至关重要的作用。由于ACQ的成功开发,应用和对环境保护的重大贡献,CSI的科技开发团队以及金乐红博士本人于2002年获美国总统绿色化学奖并于2002年6月参加在华盛顿的授奖仪式。美国联邦环境保护局(United States Environmental Protection Agency or EPA)也与三大CCA生产公司达成协议,在2003年底前停止CCA处理的木材在民用建筑(公园和住宅)中的使用。

  从1990年至今,金乐红博士一直活跃在美国和世界木材防腐剂的科研领域内,先后在美国和世界各地的国际性专业学术会议及相关国际专业杂志上发表学术论文70多篇。这些论文提供了第二代水溶性高效木材防腐剂ACQ和第三代无金属、有机化合物为主体的高效、低毒和多功能的水溶性木材保护剂例如Ecolife(EL2)和Clear wood(Aura Last)的研究成果,内容包括从高效抗真菌、抗白蚁,抗昆虫,防水和尺寸稳定性能,到这些化合物与木材内主要成份:木素,半纤维素,纤维素和抽提物的反应机理以及这些反应机理对防腐剂的生物防腐性能的影响。金博士对防腐剂的化学成份在木材中的长存率以及处理后的木材在实际各种用途中所会产生的成份流失优为重视。她一方面是研究这些化学成份流失将对使用过程中的人体健康、植物生长、水源质量以及对水上植物和动物正常生长的影响,而另一方面则积极进行新的配方改进与优化比如对防水剂/相位稳定剂/渗透助剂/固定催化剂和其它添加剂的研究和开发以减少防腐剂流失和增强有效持久性。金乐红博士不仅致力于新型木材防腐剂的科研、技术开发、管理工作,还与欧洲各国、日本、澳大利亚和美国的许多在木材防腐研究领先的大学及科研单位进行共同合作,同时还活跃于美国和世界木材防腐领域的各个专业组织中。多年来,她参与了AWPA组织内许多分委员会(Subcommittees)的工作。其中包括对现有的木材防腐剂系统的质量和应用过程中的指标检定和修改,参加提案与审定统一制定的实验室和外场地的防腐剂测试方法及许多新型防腐剂系统化学成份的分析和质量检查标准。在2003到2006年,金乐红博士任美国木材防腐协会(AWPA)非加压处理总技术委员会主席职务成为了美国木材防腐协会历史上第一位女性总技术委员会主席。从2007到2010,金博士代表美国出任国际木材保护研究组织(International Research Groupon Wood Protection-IRG)的执委会委员。从2015-2018金博士担任国际木材保护研究组织科技项目委员会委员主管组织世界年会木材保护剂研究和成果的报告发表。


美国总统绿色化学奖获得者金乐红博士的“护木”人生

  作为阔别祖国多年的海外游子,金乐红博士也始终关心和支持着中国在木材保护的科研和行业发展。虽然目前国内的木材保护行业仍然是以CCA作为主要的木材防腐剂使用,在规模、行业集中度、机械化等方面与发达国家还有差距,法规、标准及质量监督体系的不完善也许是行业没有做强的症结所在。金乐红博士表示:“美国对于木材保护的相关法规十分详细,对市场的监管也十分严格。美国的质检体系很完善,质检机构是独立出来的组织,属于第三方检测机构。第三方检测机构负责防腐木材生产的监督与防腐木材产品的认证。防腐木材产品的质量检查检验包括对木材防腐工厂的设备、生产记录、防腐剂、防腐处理过程、质量控制系统的监督和检查。产品合格才被允许加盖具有认证许可章(图标),销售商据此方可出售。第三方检测机构的检验对产品和药剂一年进行多次的随机抽样。”国外在这方面的制度,管理和经验是值得借鉴的。她同时也认为:“市场监管的依据要以法规和标准为依托,国内的木材保护标准体系已基本建立起来,木材节约发展中心和行业的技术人员及企业家们为此尽了很大的力量,也做了大量的工作。还有一点也很关键,就是在把木材保护推向社会的时候,要对木材的用途、安装、产品辨别等内容进行科学普及。”

  回顾金乐红博士的成长历程,我们可以清晰的看到她对木材保护所结下的不解之缘,致力于研究保护木材三十余年,金乐红博士表示:对于木材保护,最大的难题就在于如何在保护中做到真正的环保和可循环,对大自然和人民的身体健康不造成伤害。在访谈的最后,金乐红博士说了一段令人深思的话:“科学研究没有捷径可走,以实践的需要为方向作艰苦扎实的科学理论研究是走向创新成功的必经之路。如果基础研究搞不好,行业升级就是一句空话。美国的木材防腐技术在世界领先,机械化程度也相对高,但在美国想推出一种新型的防腐剂或木材保护系统却不是件容易的事情,前后都要进行十几年的科研,包括理论研究和实地试验,通过防霉、防蚁虫、防菌和防变形等许多方面的验证。”

  在有效使用森林/木材资源和保护人类的生活环景的科技领域,金乐红博士说:人类要走的路还很长,需要几代人的努力!