中密度纤维板抗菌处理方法及抗菌效果1)

付超 张显权 王保华

(生物质材料与技术教育部重点实验室(东北林业大学)，哈尔滨，150040)

中密度纤维板抗菌处理方法及抗菌效果1)

付超 张显权 王保华

(生物质材料与技术教育部重点实验室(东北林业大学)，哈尔滨，150040)

选取LS-500光触媒基础蜡、硅藻纳米复合光触媒液体活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，配制成不同稀释倍数的抗菌剂；采用喷涂、刷涂工艺对中密度纤维板进行处理；分析抗菌剂的种类、稀释倍数、施加方式等因素，对纤维板的抗菌性能和物理力学性能的影响规律。结果表明：2种处理，中密度纤维板的力学性能，均随着抗菌剂稀释倍数的增大而降低；涂刷工艺处理后的试件，力学性能优于喷洒处理试件的力学性能。涂刷工艺处理的中密度纤维板抑菌圈直径，大于喷洒工艺处理的抑菌圈直径。3种抗菌剂对阳性金黄色葡萄球菌的抑制作用，好于对阴性大肠杆菌的抑制作用；抗菌剂稀释倍数越小，抗菌效果越好。硅藻纳米复合光触媒对阴性大肠杆菌的抑制效果，比LS-500、LS-E100的抑制效果差；其对阳性金黄色葡萄球菌的抑制效果是3种抗菌剂中最好的。

中密度纤维板；抗菌处理方法；抗菌效果；物理力学性能

We used the antibacterial agents of diatoms nanocomposite photocatalyst liquid active carbon, LS-500 photocatalyst wax and LS-E100 pyran polyamine polyester (CAPP) to treat the Medium density fiberboard (MDF) in different diluting multiples by spraying and brushing, and studied the effects of antibacterial agent type, antibacterial agents diluting multiples, with the antibacterial effect and the properties of MDF. The properties of MDF decreased with the increasing of antibacterial agents diluting multiples under both treating methods, and the properties of MDF under brushing way were better than that with spraying way. The diameter of inhibition zone of MDF treated by brushing was bigger than that by spraying. The bacteriostatic action of three antibacterial agents to positive staphylococcus aureus was better than that to negative escherichia coli, and the diluting multiples of antibacterial agents was lower, and the bacteriostatic action was better. The bacteriostatic action of diatoms nanocomposite photocatalyst liquid active carbon to the negative escherichia coli was worse compared with that of LS-500 and LS-E100, but best to positive staphylococcus aureus between three bacterial agents.

防霉抗菌，是目前家用材料研究领域的一个主要方向。国外起步较早，在家用电器、建材、电信产品、食品包装、日常生活用品、洗浴卫生设备、儿童玩具等方面，开始研究抗菌防霉材料，并进入实用阶段。我国抗菌剂和抗菌材料的研制工作起步较晚，目前主要的研究领域，是抗菌剂、抗菌母料等；应用领域，主要包括抗菌塑料制品、抗菌涂料、一次性卫生用品、部分家电制品。抗菌剂，一般包括无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂3种[1]。目前，人造板越来越多的应用于食品储存场合，例如，用于食品架等；要求其具有良好的抗菌性能。人造板抗菌处理，多选用水杨酰苯胺、多菌灵、抑菌清、硼酸等作为抗菌剂，其抗菌效果尚可；但对板材的胶合强度影响较大，且存在着二次污染[2]。目前环保型的防霉抗菌木质人造板，在国内的产品还是空白。因此，控制、消灭致病微生物生长和繁殖，生产环保抗菌性人造板，为人类创造健康舒适的生活环境，是人造板行业的一个重要课题[3]。

本研究选取LS-500光触媒基础蜡、硅藻纳米复合光触媒液体活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，配制成不同稀释倍数的抗菌剂；采用喷涂、刷涂工艺对中密度纤维板进行处理；分析抗菌剂的种类、稀释倍数、施加方式，对纤维板的抗菌性能和物理力学性能的影响规律，遴选抗菌纤维板工业化生产的抗菌处理工艺条件。

1 材料与方法

1.1 原材料

抗菌剂选用辽宁蓝水化学品制造有限公司的3种产品：LS-500光触媒基础蜡、硅藻纳米复合光触媒液体活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，3种抗菌剂均为成品药剂。市场上销售的商品中密度纤维板，厚度为9 mm左右。将试件切割成1 cm×1 cm的方块，作为测试表面抗菌性的试件；同时，再制成210 mm×50 mm试件，用于物理力学性能测试。

1.2 抗菌试件的制备

3种抗菌剂，均用蒸馏水稀释2倍、4倍、6倍。然后采用喷和刷2种不同工艺，将相同容量不同稀释倍数的处理药剂，分别施加在中密度纤维板上。

1.3 性能检测

抗菌性能检测方法：目前国内没有对人造板抗菌性能的相关检验方法。本研究根据塑料抗菌方面的行业标准(QB/T2591—2003；JC/T897—2002)[4]，对抗菌中密度纤维板进行检验。采用抑菌圈法衡量抑菌杀菌效果。

试验菌种为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌。将大肠杆菌菌珠，在营养琼脂培养基上活化；用接种环将菌种分离到斜面营养琼脂试管内，37 ℃培养24 h。用1 mL移液枪，吸取0.8%无菌生理盐水，加入到制备好的斜面试管内；反复吸吹，洗下菌苔，配制成菌液，震荡均匀，直至稀释到原菌落量浓度为万分之一倍的菌悬液；将还没有凝固的琼脂培养液(45°左右)，倒入已消毒的培养皿中，取1 mL菌悬液滴入其中，搅拌均匀；待凝固后，取已消毒的1 cm×1 cm样品，置于含有检测菌的平板表面中央，37 ℃培养24 h，测定样品的抑菌圈直径[5-6]。金黄色葡萄球菌的实验方法与上相同。

2 结果与分析

2.1 抗菌剂处理对中密度纤维板外观质量的影响

硅藻纳米复合光触媒，对中密度纤维板的外观质量影响不大；其余2种抗菌剂，都会对中密度纤维板外观产生影响(见图1)。由图1可见：光触媒抗菌剂处理液的稀释倍数，对中密度纤维板外观质量没有明显的影响，外观接近于未处理的中密度纤维板；LS-500、CAPP，随着处理液稀释倍数的减小，板面颜色逐渐加深。LS-500在稀释倍数为2时，中密度纤维板表面呈现棕褐色；CAPP随着处理液稀释倍数的减小，中密度纤维板表面越发光亮。采用涂刷和喷洒2种工艺，3种抗菌剂对中密度纤维板表面颜色的影响规律大致相同，无明显差异。

a.硅藻纳米复合光触媒处理的效果 b.LS-500处理的效果 c.CAPP处理的效果

a为硅藻纳米复合光触媒液体活性炭处理的中密度纤维板外观质量；1-1为抗菌剂稀释2倍时的处理效果；1-3为抗菌剂稀释4倍时的处理效果；1-6为抗菌剂稀释6倍时的处理效果。

b为LS-500处理的中密度纤维板外观质量；2-1为抗菌剂稀释2倍时的处理效果；2-3为抗菌剂稀释4倍时的处理效果；2-6为抗菌剂稀释6倍时的处理效果。

c为CAPP处理的中密度纤维板外观质量；3-1为抗菌剂稀释2倍时的处理效果；3-3为抗菌剂稀释4倍时的处理效果；3-6为抗菌剂稀释6倍时的处理效果。

图1 经抗菌剂处理的中密度纤维板外观质量

抗菌剂对中密度纤维板外观质量的影响，主要由抗菌剂的特性决定。硅藻纳米复合光触媒产品特性，本为无色液体，其主要成分为纳米二氧化钛、纳米电气石(负离子)、纳米孔径藻土等，能很好的保证中密度纤维板原本色泽。LS-500为锐钛矿晶型抗菌剂，为白色带蓝光乳液，具有很强的吸附能力，能够很好的包裹住中密度纤维板上的纤维；通过电镜观察可以看出，其稀释倍数较小时，就会在纤维表面形成褶皱，引起漫反射，使表面颜色加深。CAPP性状为透明、微黄、黏稠液体；当稀释倍数逐渐减小时，通过电镜观察可以看出，其在中密度纤维板表面平滑，所以宏观上看有光泽。

2.2 抗菌剂处理对中密度纤维板力学性能的影响

由表1可见：中密度纤维板的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)，随着处理液被稀释倍数的增加而递减。对2种施加工艺效果对比可见：硅藻纳米复合光触媒、CAPP，在稀释较小倍数时，喷洒工艺更能保证试件的力学性能不受太大损失；LS-500的喷洒工艺处理过的板材，在处理液稀释倍数相同情况下，其性能不如涂刷处理所得到的板材力学性能。分析认为：由于3种药剂的分子结构不同，导致药剂的状态不同，在稀释的过程中相对分子质量有所不同；当3种药剂稀释到4倍、6倍的情况下，涂刷工艺处理过的中密度纤维板力学性能都优于喷洒工艺处理过的板材，可见，药剂稀释的倍数越大，工艺条件越适合选用涂刷的方式。

表1 3种抗菌剂处理的中密度纤维板力学性能

注：表中数据均为平均值，样本数为5。

2.3 抗菌剂处理对中密度纤维板密度和含水率的影响

未处理试件的密度为0.69 g/cm3，含水率为4.9%。由表2可见：处理后的板材的密度稍有增加，但不超过国家标准的范围；处理后试件的含水率变化程度也较小，用稀释倍数高的抗菌剂处理后的试件，含水率会有一定的升高，但也在国标范围内，属于合格产品；2种处理工艺，对试件的密度、含水率的影响程度区别不大。

表2 3种抗菌剂处理的中密度纤维板平均密度和含水率

注：表中数据均为平均值，样本数为5。

2.4 抗菌剂处理对中密度纤维板吸水厚度膨胀率的影响

经测定，未处理的中密度纤维板，吸水厚度膨胀率平均值为13.7%。由表3可见：处理后的中密度纤维板，吸水厚度膨胀率都明显升高。附着在纤维板上和纤维与纤维之间的抗菌剂，可以促进中密度纤维板吸水，使中密度纤维板的防水能力下降。3种抗菌剂，采用涂刷工艺对中密度纤维板处理后，均在抗菌剂被稀释到4倍时吸水厚度膨胀率最高。经电镜观察可见：当抗菌剂被稀释到6倍时，由于抗菌剂的浓度较低，相比之下更为接近未处理的中密度纤维板，保持了中密度纤维板原有的抗水能力。当抗菌剂被稀释到4倍时，中密度纤维板的表面已经附着了大量的抗菌药剂；但仍暴露大部分纤维与纤维之间的空隙，在抗菌剂的作用下，水分更容易进入到纤维板中，使吸水厚度膨胀率增大。当抗菌剂被稀释2倍时，抗菌剂的浓度变大，将纤维包裹住，大浓度的抗菌剂在纤维与水之间构成隔膜，阻碍了部分水分的吸收。

表3 3种抗菌剂处理的中密度纤维板的吸水厚度膨胀率

注：表中数据均为平均值，样本数为5。

经喷洒抗菌剂处理的中密度纤维板，使用LS-500的中密度纤维板吸水厚度膨胀率遵循了涂刷工艺得出的规律。使用硅藻纳米复合光触媒、CAPP处理的中密度纤维板，在抗菌剂被稀释到4倍时，表现出相对较低的吸水厚度膨胀率。分析认为：在喷洒抗菌剂时，当抗菌剂稀释到4倍时，抗菌剂的浓度较低，有利于抗菌剂附着在中密度纤维板表面及进入纤维之间的缝隙中，抑制了纤维对水分的吸收。当抗菌剂被稀释到2倍时，抗菌剂浓度较大，由于没有像涂刷时外界赋予的压力，较高浓度团聚的抗菌剂不利于进入中密度纤维板纤维之间的缝隙中，只停留在纤维板表面，其吸水厚度膨胀率较大。

2.5 抗菌剂处理对中密度纤维板抗菌性能的影响

由表4可见：处理的试件，都具抑菌性能。同一种药剂，在相同稀释倍数时，涂刷处理后的试件的抑菌圈直径，均大于喷洒处理后的试件的抑菌圈直径。认为：在涂刷过程中，由于刷子在试件上施加了一定的压力，能让抗菌剂更好的附着在试件表面和进入纤维与纤维之间的缝隙中；喷洒的方式，让液态的抗菌剂附着在试件表面后，由于没有外界的压力，很容易发生流失的现象；所以，涂刷能够提高抗菌剂的抗菌效率。由表4还可看出：药剂稀释的倍数越大，抑菌圈直径越小。

3种抗菌剂在大肠杆菌抑菌圈实验中，涂刷方式获得的抑菌圈直径，从大到小依次为LS-500、CAPP、硅藻纳米复合光触媒。喷洒工艺中，硅藻纳米复合光触媒的稀释倍数对抑菌圈直径大小的影响比较明显；LS-500、CAPP的稀释倍数大小对抑菌圈直径大小的影响程度，没有硅藻纳米复合光触媒明显，但是遵循稀释倍数越小抑菌圈直径越大的规律。

由表5可见：抑菌圈大小变化情况与对大肠杆菌的抑菌圈变化相类似，抑菌圈的大小由施加的工艺和使用抗菌剂的稀释倍数有关。3种抗菌剂，对阴性的大肠杆菌和阳性的金黄色葡萄球菌，均有很好的抑菌效果。相比较，3种抗菌剂，对阳性的金黄色葡萄球菌的生长抑制，比对阴性大肠杆菌生长抑制效果好。在实验过程中，空白对照组(没有加入抗菌剂的一组)也有一定的抗菌效果，主要由于中密度纤维板中的胶黏剂成分也具有一定的抑菌效果，但是与施加抗菌剂的中密度纤维板相比，抑菌圈直径较小。

表4 3种抗菌处理过的中密度纤维板对大肠杆菌的抑菌圈直径

表5 3种抗菌处理过的中密度纤维板对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径

在金黄色葡萄球菌抑菌圈实验中，3种抗菌剂对金黄色葡萄球菌的抑制效果，优于对大肠杆菌的抑制效果。涂刷方式处理的中密度纤维板获得抑菌圈直径，从大到小依次为硅藻纳米复合光触媒、LS-500、CAPP，处理方式对LS-500的抗菌效果有较为明显的影响。喷洒方式处理的中密度纤维板得出，抑菌圈直径从大到小依次为硅藻纳米复合光触媒、CAPP、LS-500。

2.6 抗菌剂处理的中密度纤维板表面电镜观察

由图2(b)可见：硅藻纳米复合光触媒处理的中密度纤维板表面亮度增加，抗菌剂很好地夹杂在纤维与纤维之间和附着在纤维表面上，使纤维表面略增亮度，没有出现抗菌剂的团聚现象，较为完整的保持了纤维原本的外观。由图2(c)可见：LS-500把纤维严密包裹起来，仍保留纤维与纤维之间的空隙，在被包裹的纤维表面出现褶皱，使纤维在宏观上出现颜色加深。由图2(d)可见：CAPP抗菌剂将纤维与纤维之间的空隙整体覆盖，微观上看表面平滑，致使纤维板表面有反光性，使其在宏观上看会有一定亮度。

3 结论

无论是涂刷工艺，还是喷洒工艺，中密度纤维板的力学性能都会随着抗菌剂稀释倍数的增大而降低。抗菌剂在稀释2倍时，由于部分抗菌剂的黏度等原因，有的喷洒工艺处理后的试件力学性能优于涂刷的试件。随着抗菌剂稀释倍数增加至4倍、6倍时，试件的力学性能会下降；但是，涂刷工艺处理后的试件力学性能，均优于喷洒处理的试件的力学性能。可以看出，抗菌剂稀释的倍数越大，越适合应用涂刷工艺。

涂刷、喷洒抗菌处理，均导致中密度纤维板密度增大，但2种处理工艺对中密度纤维板密度的影响没有明显区别；2种处理工艺，对中密度纤维板含水率的影响不大；抗菌处理后的中密度纤维板，吸水厚度膨胀率增大。

(a)为微观未处理中密度纤维板表面；(b)为硅藻纳米复合光触媒处理的中密度纤维板表面；(c)为LS-500处理的中密度纤维板表面；(d)为CAPP处理的中密度纤维板表面。

图2 不同抗菌剂处理的中密度纤维板表面的差异(Mag1000×)

中密度纤维板的抗菌效果，随不同的处理工艺而有所不同。涂刷工艺处理的中密度纤维板，所获得的抑菌圈直径，较喷洒工艺处理的中密度纤维板的抑菌圈直径大；3种抗菌剂对阳性金黄色葡萄球菌的抑制作用，好于对阴性大肠杆菌的抑制作用；3种抗菌剂均为稀释倍数越小，抗菌效果越好；硅藻纳米复合光触媒对阴性大肠杆菌的抑制效果，较LS-500、CAPP的抑制效果差，但是，其对阳性金黄色葡萄球菌的抑制效果是3种抗菌剂中最好的。

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Antibacterial Treatment and Antibacterial Effect of MDF

Fu Chao, Zhang Xianquan, Wang Baohua(Key Laboratory of Bio-Based Material Science Technology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)/Journal of Northeast Forestry University，2015,43(4)：108-112.

Medium density fiberboard (MDF); Antibacterial treatments; Antibacterial effect; Physical and mechanical property

付超，男，1989年2月生，生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学)，硕士研究生。E-mail：734800668@qq.com。

张显权，生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学)，副教授。E-mail：zhangxianquan2013@aliyun.com。

2014年9月1日。

TS653.6；Q939.99

1)“十二五”农村领域国家科技计划课题(2012BAD24B0203)。

责任编辑：张 玉。