中密度纖維板抗菌處理方法及抗菌效果1)

付超 張顯權 王保華

(生物質材料與技術教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，哈爾濱，150040)

中密度纖維板抗菌處理方法及抗菌效果1)

付超 張顯權 王保華

(生物質材料與技術教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，哈爾濱，150040)

選取LS-500光觸媒基礎蠟、硅藻納米復合光觸媒液體活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，配制成不同稀釋倍數(shù)的抗菌劑；采用噴涂、刷涂工藝對中密度纖維板進行處理；分析抗菌劑的種類、稀釋倍數(shù)、施加方式等因素，對纖維板的抗菌性能和物理力學性能的影響規(guī)律。結果表明：2種處理，中密度纖維板的力學性能，均隨著抗菌劑稀釋倍數(shù)的增大而降低；涂刷工藝處理后的試件，力學性能優(yōu)于噴灑處理試件的力學性能。涂刷工藝處理的中密度纖維板抑菌圈直徑，大于噴灑工藝處理的抑菌圈直徑。3種抗菌劑對陽性金黃色葡萄球菌的抑制作用，好于對陰性大腸桿菌的抑制作用；抗菌劑稀釋倍數(shù)越小，抗菌效果越好。硅藻納米復合光觸媒對陰性大腸桿菌的抑制效果，比LS-500、LS-E100的抑制效果差；其對陽性金黃色葡萄球菌的抑制效果是3種抗菌劑中最好的。

中密度纖維板；抗菌處理方法；抗菌效果；物理力學性能

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領域的一個主要方向。國外起步較早，在家用電器、建材、電信產品、食品包裝、日常生活用品、洗浴衛(wèi)生設備、兒童玩具等方面，開始研究抗菌防霉材料，并進入實用階段。我國抗菌劑和抗菌材料的研制工作起步較晚，目前主要的研究領域，是抗菌劑、抗菌母料等；應用領域，主要包括抗菌塑料制品、抗菌涂料、一次性衛(wèi)生用品、部分家電制品?？咕鷦话惆o機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑3種[1]。目前，人造板越來越多的應用于食品儲存場合，例如，用于食品架等；要求其具有良好的抗菌性能。人造板抗菌處理，多選用水楊酰苯胺、多菌靈、抑菌清、硼酸等作為抗菌劑，其抗菌效果尚可；但對板材的膠合強度影響較大，且存在著二次污染[2]。目前環(huán)保型的防霉抗菌木質人造板，在國內的產品還是空白。因此，控制、消滅致病微生物生長和繁殖，生產環(huán)?？咕匀嗽彀?，為人類創(chuàng)造健康舒適的生活環(huán)境，是人造板行業(yè)的一個重要課題[3]。

本研究選取LS-500光觸媒基礎蠟、硅藻納米復合光觸媒液體活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，配制成不同稀釋倍數(shù)的抗菌劑；采用噴涂、刷涂工藝對中密度纖維板進行處理；分析抗菌劑的種類、稀釋倍數(shù)、施加方式，對纖維板的抗菌性能和物理力學性能的影響規(guī)律，遴選抗菌纖維板工業(yè)化生產的抗菌處理工藝條件。

1 材料與方法

1.1 原材料

抗菌劑選用遼寧藍水化學品制造有限公司的3種產品：LS-500光觸媒基礎蠟、硅藻納米復合光觸媒液體活性炭、LS-E100(CAPP)吡喃多胺聚酯，3種抗菌劑均為成品藥劑。市場上銷售的商品中密度纖維板，厚度為9 mm左右。將試件切割成1 cm×1 cm的方塊，作為測試表面抗菌性的試件；同時，再制成210 mm×50 mm試件，用于物理力學性能測試。

1.2 抗菌試件的制備

3種抗菌劑，均用蒸餾水稀釋2倍、4倍、6倍。然后采用噴和刷2種不同工藝，將相同容量不同稀釋倍數(shù)的處理藥劑，分別施加在中密度纖維板上。

1.3 性能檢測

抗菌性能檢測方法：目前國內沒有對人造板抗菌性能的相關檢驗方法。本研究根據(jù)塑料抗菌方面的行業(yè)標準(QB/T2591—2003；JC/T897—2002)[4]，對抗菌中密度纖維板進行檢驗。采用抑菌圈法衡量抑菌殺菌效果。

試驗菌種為大腸桿菌、金黃色葡萄球菌。將大腸桿菌菌珠，在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上活化；用接種環(huán)將菌種分離到斜面營養(yǎng)瓊脂試管內，37 ℃培養(yǎng)24 h。用1 mL移液槍，吸取0.8%無菌生理鹽水，加入到制備好的斜面試管內；反復吸吹，洗下菌苔，配制成菌液，震蕩均勻，直至稀釋到原菌落量濃度為萬分之一倍的菌懸液；將還沒有凝固的瓊脂培養(yǎng)液(45°左右)，倒入已消毒的培養(yǎng)皿中，取1 mL菌懸液滴入其中，攪拌均勻；待凝固后，取已消毒的1 cm×1 cm樣品，置于含有檢測菌的平板表面中央，37 ℃培養(yǎng)24 h，測定樣品的抑菌圈直徑[5-6]。金黃色葡萄球菌的實驗方法與上相同。

2 結果與分析

2.1 抗菌劑處理對中密度纖維板外觀質量的影響

硅藻納米復合光觸媒，對中密度纖維板的外觀質量影響不大；其余2種抗菌劑，都會對中密度纖維板外觀產生影響(見圖1)。由圖1可見：光觸媒抗菌劑處理液的稀釋倍數(shù)，對中密度纖維板外觀質量沒有明顯的影響，外觀接近于未處理的中密度纖維板；LS-500、CAPP，隨著處理液稀釋倍數(shù)的減小，板面顏色逐漸加深。LS-500在稀釋倍數(shù)為2時，中密度纖維板表面呈現(xiàn)棕褐色；CAPP隨著處理液稀釋倍數(shù)的減小，中密度纖維板表面越發(fā)光亮。采用涂刷和噴灑2種工藝，3種抗菌劑對中密度纖維板表面顏色的影響規(guī)律大致相同，無明顯差異。

a.硅藻納米復合光觸媒處理的效果 b.LS-500處理的效果 c.CAPP處理的效果

a為硅藻納米復合光觸媒液體活性炭處理的中密度纖維板外觀質量；1-1為抗菌劑稀釋2倍時的處理效果；1-3為抗菌劑稀釋4倍時的處理效果；1-6為抗菌劑稀釋6倍時的處理效果。

b為LS-500處理的中密度纖維板外觀質量；2-1為抗菌劑稀釋2倍時的處理效果；2-3為抗菌劑稀釋4倍時的處理效果；2-6為抗菌劑稀釋6倍時的處理效果。

c為CAPP處理的中密度纖維板外觀質量；3-1為抗菌劑稀釋2倍時的處理效果；3-3為抗菌劑稀釋4倍時的處理效果；3-6為抗菌劑稀釋6倍時的處理效果。

圖1 經抗菌劑處理的中密度纖維板外觀質量

抗菌劑對中密度纖維板外觀質量的影響，主要由抗菌劑的特性決定。硅藻納米復合光觸媒產品特性，本為無色液體，其主要成分為納米二氧化鈦、納米電氣石(負離子)、納米孔徑藻土等，能很好的保證中密度纖維板原本色澤。LS-500為銳鈦礦晶型抗菌劑，為白色帶藍光乳液，具有很強的吸附能力，能夠很好的包裹住中密度纖維板上的纖維；通過電鏡觀察可以看出，其稀釋倍數(shù)較小時，就會在纖維表面形成褶皺，引起漫反射，使表面顏色加深。CAPP性狀為透明、微黃、黏稠液體；當稀釋倍數(shù)逐漸減小時，通過電鏡觀察可以看出，其在中密度纖維板表面平滑，所以宏觀上看有光澤。

2.2 抗菌劑處理對中密度纖維板力學性能的影響

由表1可見：中密度纖維板的靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)，隨著處理液被稀釋倍數(shù)的增加而遞減。對2種施加工藝效果對比可見：硅藻納米復合光觸媒、CAPP，在稀釋較小倍數(shù)時，噴灑工藝更能保證試件的力學性能不受太大損失；LS-500的噴灑工藝處理過的板材，在處理液稀釋倍數(shù)相同情況下，其性能不如涂刷處理所得到的板材力學性能。分析認為：由于3種藥劑的分子結構不同，導致藥劑的狀態(tài)不同，在稀釋的過程中相對分子質量有所不同；當3種藥劑稀釋到4倍、6倍的情況下，涂刷工藝處理過的中密度纖維板力學性能都優(yōu)于噴灑工藝處理過的板材，可見，藥劑稀釋的倍數(shù)越大，工藝條件越適合選用涂刷的方式。

表1 3種抗菌劑處理的中密度纖維板力學性能

注：表中數(shù)據(jù)均為平均值，樣本數(shù)為5。

2.3 抗菌劑處理對中密度纖維板密度和含水率的影響

未處理試件的密度為0.69 g/cm3，含水率為4.9%。由表2可見：處理后的板材的密度稍有增加，但不超過國家標準的范圍；處理后試件的含水率變化程度也較小，用稀釋倍數(shù)高的抗菌劑處理后的試件，含水率會有一定的升高，但也在國標范圍內，屬于合格產品；2種處理工藝，對試件的密度、含水率的影響程度區(qū)別不大。

表2 3種抗菌劑處理的中密度纖維板平均密度和含水率

注：表中數(shù)據(jù)均為平均值，樣本數(shù)為5。

2.4 抗菌劑處理對中密度纖維板吸水厚度膨脹率的影響

經測定，未處理的中密度纖維板，吸水厚度膨脹率平均值為13.7%。由表3可見：處理后的中密度纖維板，吸水厚度膨脹率都明顯升高。附著在纖維板上和纖維與纖維之間的抗菌劑，可以促進中密度纖維板吸水，使中密度纖維板的防水能力下降。3種抗菌劑，采用涂刷工藝對中密度纖維板處理后，均在抗菌劑被稀釋到4倍時吸水厚度膨脹率最高。經電鏡觀察可見：當抗菌劑被稀釋到6倍時，由于抗菌劑的濃度較低，相比之下更為接近未處理的中密度纖維板，保持了中密度纖維板原有的抗水能力。當抗菌劑被稀釋到4倍時，中密度纖維板的表面已經附著了大量的抗菌藥劑；但仍暴露大部分纖維與纖維之間的空隙，在抗菌劑的作用下，水分更容易進入到纖維板中，使吸水厚度膨脹率增大。當抗菌劑被稀釋2倍時，抗菌劑的濃度變大，將纖維包裹住，大濃度的抗菌劑在纖維與水之間構成隔膜，阻礙了部分水分的吸收。

表3 3種抗菌劑處理的中密度纖維板的吸水厚度膨脹率

注：表中數(shù)據(jù)均為平均值，樣本數(shù)為5。

經噴灑抗菌劑處理的中密度纖維板，使用LS-500的中密度纖維板吸水厚度膨脹率遵循了涂刷工藝得出的規(guī)律。使用硅藻納米復合光觸媒、CAPP處理的中密度纖維板，在抗菌劑被稀釋到4倍時，表現(xiàn)出相對較低的吸水厚度膨脹率。分析認為：在噴灑抗菌劑時，當抗菌劑稀釋到4倍時，抗菌劑的濃度較低，有利于抗菌劑附著在中密度纖維板表面及進入纖維之間的縫隙中，抑制了纖維對水分的吸收。當抗菌劑被稀釋到2倍時，抗菌劑濃度較大，由于沒有像涂刷時外界賦予的壓力，較高濃度團聚的抗菌劑不利于進入中密度纖維板纖維之間的縫隙中，只停留在纖維板表面，其吸水厚度膨脹率較大。

2.5 抗菌劑處理對中密度纖維板抗菌性能的影響

由表4可見：處理的試件，都具抑菌性能。同一種藥劑，在相同稀釋倍數(shù)時，涂刷處理后的試件的抑菌圈直徑，均大于噴灑處理后的試件的抑菌圈直徑。認為：在涂刷過程中，由于刷子在試件上施加了一定的壓力，能讓抗菌劑更好的附著在試件表面和進入纖維與纖維之間的縫隙中；噴灑的方式，讓液態(tài)的抗菌劑附著在試件表面后，由于沒有外界的壓力，很容易發(fā)生流失的現(xiàn)象；所以，涂刷能夠提高抗菌劑的抗菌效率。由表4還可看出：藥劑稀釋的倍數(shù)越大，抑菌圈直徑越小。

3種抗菌劑在大腸桿菌抑菌圈實驗中，涂刷方式獲得的抑菌圈直徑，從大到小依次為LS-500、CAPP、硅藻納米復合光觸媒。噴灑工藝中，硅藻納米復合光觸媒的稀釋倍數(shù)對抑菌圈直徑大小的影響比較明顯；LS-500、CAPP的稀釋倍數(shù)大小對抑菌圈直徑大小的影響程度，沒有硅藻納米復合光觸媒明顯，但是遵循稀釋倍數(shù)越小抑菌圈直徑越大的規(guī)律。

由表5可見：抑菌圈大小變化情況與對大腸桿菌的抑菌圈變化相類似，抑菌圈的大小由施加的工藝和使用抗菌劑的稀釋倍數(shù)有關。3種抗菌劑，對陰性的大腸桿菌和陽性的金黃色葡萄球菌，均有很好的抑菌效果。相比較，3種抗菌劑，對陽性的金黃色葡萄球菌的生長抑制，比對陰性大腸桿菌生長抑制效果好。在實驗過程中，空白對照組(沒有加入抗菌劑的一組)也有一定的抗菌效果，主要由于中密度纖維板中的膠黏劑成分也具有一定的抑菌效果，但是與施加抗菌劑的中密度纖維板相比，抑菌圈直徑較小。

表4 3種抗菌處理過的中密度纖維板對大腸桿菌的抑菌圈直徑

表5 3種抗菌處理過的中密度纖維板對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑

在金黃色葡萄球菌抑菌圈實驗中，3種抗菌劑對金黃色葡萄球菌的抑制效果，優(yōu)于對大腸桿菌的抑制效果。涂刷方式處理的中密度纖維板獲得抑菌圈直徑，從大到小依次為硅藻納米復合光觸媒、LS-500、CAPP，處理方式對LS-500的抗菌效果有較為明顯的影響。噴灑方式處理的中密度纖維板得出，抑菌圈直徑從大到小依次為硅藻納米復合光觸媒、CAPP、LS-500。

2.6 抗菌劑處理的中密度纖維板表面電鏡觀察

由圖2(b)可見：硅藻納米復合光觸媒處理的中密度纖維板表面亮度增加，抗菌劑很好地夾雜在纖維與纖維之間和附著在纖維表面上，使纖維表面略增亮度，沒有出現(xiàn)抗菌劑的團聚現(xiàn)象，較為完整的保持了纖維原本的外觀。由圖2(c)可見：LS-500把纖維嚴密包裹起來，仍保留纖維與纖維之間的空隙，在被包裹的纖維表面出現(xiàn)褶皺，使纖維在宏觀上出現(xiàn)顏色加深。由圖2(d)可見：CAPP抗菌劑將纖維與纖維之間的空隙整體覆蓋，微觀上看表面平滑，致使纖維板表面有反光性，使其在宏觀上看會有一定亮度。

3 結論

無論是涂刷工藝，還是噴灑工藝，中密度纖維板的力學性能都會隨著抗菌劑稀釋倍數(shù)的增大而降低?？咕鷦┰谙♂?倍時，由于部分抗菌劑的黏度等原因，有的噴灑工藝處理后的試件力學性能優(yōu)于涂刷的試件。隨著抗菌劑稀釋倍數(shù)增加至4倍、6倍時，試件的力學性能會下降；但是，涂刷工藝處理后的試件力學性能，均優(yōu)于噴灑處理的試件的力學性能?？梢钥闯?，抗菌劑稀釋的倍數(shù)越大，越適合應用涂刷工藝。

涂刷、噴灑抗菌處理，均導致中密度纖維板密度增大，但2種處理工藝對中密度纖維板密度的影響沒有明顯區(qū)別；2種處理工藝，對中密度纖維板含水率的影響不大；抗菌處理后的中密度纖維板，吸水厚度膨脹率增大。

(a)為微觀未處理中密度纖維板表面；(b)為硅藻納米復合光觸媒處理的中密度纖維板表面；(c)為LS-500處理的中密度纖維板表面；(d)為CAPP處理的中密度纖維板表面。

圖2 不同抗菌劑處理的中密度纖維板表面的差異(Mag1000×)

中密度纖維板的抗菌效果，隨不同的處理工藝而有所不同。涂刷工藝處理的中密度纖維板，所獲得的抑菌圈直徑，較噴灑工藝處理的中密度纖維板的抑菌圈直徑大；3種抗菌劑對陽性金黃色葡萄球菌的抑制作用，好于對陰性大腸桿菌的抑制作用；3種抗菌劑均為稀釋倍數(shù)越小，抗菌效果越好；硅藻納米復合光觸媒對陰性大腸桿菌的抑制效果，較LS-500、CAPP的抑制效果差，但是，其對陽性金黃色葡萄球菌的抑制效果是3種抗菌劑中最好的。

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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，生物質材料科學與技術教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，碩士研究生。E-mail：734800668@qq.com。

張顯權，生物質材料科學與技術教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，副教授。E-mail：zhangxianquan2013@aliyun.com。

2014年9月1日。

TS653.6；Q939.99

1)“十二五”農村領域國家科技計劃課題(2012BAD24B0203)。

責任編輯：張 玉。