一種溫敏性防黴竹材的製備方法與流程
2023-12-11 04:04:57
本發明屬於竹材加工領域，具體涉及一種溫敏性防黴竹材的製備方法。
背景技術：
我國是世界上最大的竹產品出口國，竹地板、竹家具、刨切薄竹等產品60％以上出口到歐、美等地，極受用戶青睞，竹產品在裝飾裝修、建築、家具等領域得到了大量應用，且出現快速增長的勢頭。但是，竹材容易黴變，黴變後的竹材表面汙染嚴重，呈現褐色或黑色，有的汙染可達數毫米，以致洗刷甚至刨削也不能完全除去，導致竹材失去使用價值，由此造成的經濟損失巨大。
目前，雖然國內外學者開展了竹材防黴的諸多研究，並取得了豐碩的成果。但現有的防黴竹產品在戶外日曬、雨淋等惡劣條件下的使用周期很少能達到1年以上，時至今日戶外竹產品的長效防黴問題仍未能徹底解決，仍困擾著竹材工業界，已成為當前亟待攻克的一大難題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：針對竹材容易黴變、防黴處理後長效差等問題，提供一種溫敏性防黴竹材的製備方法，實現竹材的長效防黴的效果。
本發明所採用的技術方案如下：
一種溫敏性防黴竹材的製備方法，包括以下步驟：
(1)竹材聯合交替浸提處理
將竹材加工製成的竹片置於沸水中浸提處理，浸提出親水的澱粉、糖類和蛋白質等黴菌生長的營養物質；再用鹼溶液再浸提處理，浸提出酸性營養物質；之後用酸溶液浸提處理，浸提出鹼性營養物質；然後將竹片置於熱水中浸泡後，浸提出其他營養物質；最後取出乾燥；
(2)納米級溫敏性抗菌水凝膠的合成
以單體N-異丙基丙烯醯胺和N，N』-亞甲基雙丙烯醯胺(MBA)為主要原料，以N，N，N』，N』-四甲基乙二胺為催化劑，與金屬離子合成納米級溫敏性抗菌水凝膠；
(3)竹材浸漬處理溫敏性抗菌水凝膠
將經過聯合交替浸提處理的竹片，用去離子水清洗後，取出置於乾燥機中在乾燥至絕幹後，封裝備用；之後將納米級溫敏性抗菌水凝膠在去離子水中溶解成溶液之後，再將竹片置於其中進行浸漬處理；再採用冷凍-解凍法製得溫敏性抗菌水凝膠/竹材複合材料。
在上述技術方案的基礎上，上述步驟(1)中：
沸水中浸提處理時間優選為2-6h；
鹼溶液再浸提優選為使用0.5-2.5％的NaOH溶液處理2-6h；
酸溶液再浸提優選為使用0.5-2.5％的HCl溶液處理2-6；
熱水中浸泡優選為在50-80℃的熱水中浸泡2-4h；
最後取出乾燥至含水率7-12％。
上述步驟(2)中納米級溫敏性抗菌水凝膠優選為銀離子或鋅離子體系納米水凝膠，合成包括如下步驟：
稱取一定質量的單體N-異丙基丙烯醯胺、交聯劑N，N』-亞甲基雙丙烯醯胺和催化劑N，N，N』，N』-四甲基乙二胺依次加入到三口燒瓶中混合，將混合液攪拌均勻後，用HNO3溶液調製混合體系的pH值到6-7；之後加入AgNO3或ZnNO3溶液，避光攪拌20-40min過後，加入過硫酸銨或偶氮二異丁腈引發體系聚合，在氮氣條件室溫避光反應6-12h得到清澈的混合溶液；然後緩慢加入NaBH4溶液，原位還原AgNO3，避光反應8-24h，即得納米級溫敏性抗菌水凝膠；最後將所製得的納米級溫敏性抗菌水凝膠溶液置於截留分子量為8000-14000的透析袋中，在過量去離子水中透析5-14天，每12h換一次水，常溫保存備用。
上述步驟(3)浸漬處理可採用常壓浸泡法處理竹片，處理時間2-24h，處理溫度20-40℃；也可採用真空加壓浸泡法處理竹片，處理時間1-4h，加壓壓力0.2-1.0MPa，處理溫度20-40℃。
上述步驟(3)冷凍-解凍法的溫度變化優選為20℃→-20℃→20℃，降溫和升溫速度優選為0.2℃/min。
與現有技術相比，本發明具有的有益效果如下：
本發明釆用納米級溫敏性抗菌水凝水凝膠來處理竹材，利用其對溫度特有的敏感性，實現殺菌藥物釋放的「開-關」控制模式：即當環境溫度達到黴菌適宜生長的15-30℃時，水凝膠中的殺菌藥物藥就釋放出來殺死黴菌，當環境溫度為不適宜於黴菌生長的溫度時，殺菌藥物就不向外釋放，從而實現長效防黴的作用，攻克竹材容易黴變的技術難題。本發明所製造的防黴竹材在戶外的使用周期比現有的防黴竹產品提高5年以上，達到了長效防黴的效果。
具體實施方式
為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅用於幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
如無具體說明，本發明的各種原料均可以通過市售得到；或根據本領域的常規方法製備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練入員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用於本發明方法中。除非另外說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。
一種溫敏性防黴竹材的製備方法，各步驟具體工藝過程如下：
(1)竹材聯合交替浸提處理
將採伐的竹材截斷成一定長度的竹段，用多片鋸將竹段剖分成竹條，之後用壓刨機刨去竹條上的竹青和竹黃製得竹片，最後再對竹片進行聯合交替浸提處理，使竹材中的適宜黴菌生長的各類營養物質儘可能多地被浸提出來。具體步驟為：先將竹片置於沸水中浸提處理2-6h，浸提出親水的澱粉、糖類和蛋白質等黴菌生長的營養物質；再用濃度0.5-2.5％的NaOH溶液再浸提處理2-6h，浸提出酸性營養物質；之後用濃度0.5-2.5％的HCl溶液浸提處理2-6h，浸提出鹼性營養物質；然後將竹片置於50-80℃的熱水中浸泡2-4h後，浸提出其他營養物質；最後取出乾燥到含水率7-12％。
(2)納米級溫敏性抗菌水凝膠的合成
稱取一定質量的單體N-異丙基丙烯醯胺(NIPAm)、交聯劑N，N』-亞甲基雙丙烯醯胺(MBA)和催化劑N，N，N』，N』-四甲基乙二胺(TEMED)依次加入到三口燒瓶中混合，將混合液攪拌均勻後，用HNO3溶液調製混合體系的pH值到6-7；之後加入AgNO3(或ZnNO3)溶液，避光攪拌20-40min過後，加入過硫酸銨(或偶氮二異丁腈)引發體系聚合，在氮氣條件室溫避光反應6-12h得到清澈的混合溶液；然後緩慢加入NaBH4溶液，原位還原AgNO3，避光反應8-24h，即得納米級溫敏性抗菌水凝膠；最後將所製得的納米級溫敏性抗菌水凝膠溶液置於截留分子量為8000-14000的透析袋中，在過量去離子水中透析5-14天，每12h換一次水，常溫保存備用。本步驟製造的納米級溫敏性抗菌水凝膠粒徑均在20-50nm左右，在一定條件能夠順利地進入到竹材細胞壁且牢固地留在其中。
(3)竹材浸漬處理溫敏性抗菌水凝膠
將經過聯合交替浸提處理的竹片，用去離子水清洗40-80min後，取出置於乾燥機中在103±2℃下乾燥到絕幹後，封裝備用；之後將納米級溫敏性抗菌水凝膠在去離子水中溶解成溶液之後，再將竹片置於其中進行浸漬處理，浸漬處理的方法有兩種：①採用常壓浸泡法處理竹片，處理時間2-24h，處理溫度20-40℃；②採用真空加壓浸泡法處理竹片，處理時間1-4h，加壓壓力0.2-1.0MPa，處理溫度20-40℃。待水凝膠中的基團與竹材的基團反應自組裝完成後，再採用冷凍-解凍法(20℃→-20℃→20℃，降溫和升溫速度0.2℃/min)製得溫敏性抗菌水凝膠/竹材複合材料，即納米銀(或納米鋅)/PNIPA水凝膠/竹材複合材料。
本發明製備的複合材料為溫敏性防黴竹材，具有對溫度非常敏感的特性，當環境溫度達到黴菌適宜的生長的15-30℃時，具有較強殺菌作用的銀(或鋅)就從水凝膠中釋放出來殺滅黴菌；當環境溫度處於不適宜於黴菌生長的條件時，銀(或鋅)就不向外釋放，一直留著於竹材細胞壁中，如此反覆時間能夠達到6年以上，比現有防黴竹產品的防黴周期提高5年以上，從而實現長效防黴。