杉木地板基材表面的浸渍抗菌1)

崔举庆 张 洋 贾 翀 韩书广 张 岩 曹 轩

(南京林业大学，南京，210037)

实木地板采用天然实木制作而成，保持了原木自然温暖的特点，具有花纹自然、无污染、自重轻、质感强，构造简单、弹性好、导热系数小等优点，容易和室内其他家具饰品和谐搭配，且多数木料可随室内温度的变化调节气温。随着森林资源日益紧张，珍贵木材成为稀缺资源，迫使人们不断寻求木材的综合利用、合理利用和替代利用。中国又是少林国家，森林资源匮乏，全面实施天然林资源保护工程后(天保工程)，木材供给结构发生了根本性的变化。目前，速生材和小径级材等成为实木地板的主要用材。

杉木是中国南方首要的速生商品材，可广泛用于家具、板材和建筑等，该树种为中国特有树种，在陕西、河南、浙江、福建等17省份均有分布。如何高效利用丰富的杉木资源是人工林木材加工利用的重要课题。杉木的物理力学性质、纤维形态和化学组成、加工性能、资源分布等方面有许多独特之处，但由于杉木存在强度低、质软、装饰性和稳定性差等缺陷，制约了它的利用途径，使其不能得到充分利用。因此，改善和提高杉木的有关性能，是拓展杉木利用途径急需研究的问题，特别是将其作为地板基材等方面。对杉木进行浸渍处理能够有效地增加木材的强度，提高尺寸稳定性，增加产品的附加值［1-4］。通过改性浸渍液的性能能够进一步赋予杉木新的功能，如抗菌［5-9］、防腐和阻燃等。

笔者采用抗菌三聚氰胺浸渍处理杉木表面，研究了三聚氰胺浸渍杉木前后抗菌性能变化以及抗菌剂质量分数对三聚氰胺浸渍质量增加率和杉木表面的抗菌性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

抗菌剂(HTB-032，载银量4.2%，载体采用纳米级磷酸锆钠)，南京海泰纳米材料有限公司;杉木，来源于浙江富得利木业有限公司;三聚氰胺树脂，自制，外观无色透明液体，黏度26 mPa·s，pH＞8，固体质量分数46%;扫描电子显微镜FEI-Quanta 200，芬兰FEI公司。

1.2 浸渍工艺

将杉木基材(30 mm×30 mm×10 mm)放入干燥箱在(105±1)℃干燥24 h。取出冷却后称质量(干燥器中冷却到室温)，精确到0.001 g。浸渍树脂分为无抗菌剂、0.2% 抗菌剂、0.4% 抗菌剂、0.6%抗菌剂、1%抗菌剂，每组各浸渍4个试件，分别浸渍 1、3 h。

1.3 性能测试

1.3.1 质量增加率

将浸渍后试件干燥至质量不再变化，逐一称质量，计算质量增加率，公式如下：式中：t1为试件浸渍处理前的质量(g);t2为试件浸渍处理后质量(g)。

1.3.2 细菌黏附测试

实验微生物采用大肠杆菌，实验程序如下。

①液培的配制：称取牛肉膏0.6 g、蛋白胨2.0 g、NaCl 1.0 g于250 mL 烧杯中，加双蒸水 200 mL，在电热套上加热(垫石棉网)至沸腾，用0.1 mol/L的NaOH溶液调节pH至7.0～7.2。将配好的液培在高压灭菌锅中121℃下灭菌20 min。

②PBS溶液的配制：称取NaCl 4.25 g、磷酸氢二钠1.1 g、磷酸二氢钠0.1 g，加入500 mL双蒸水配成PBS溶液。

③细菌的活化：将细菌与灭过菌的液培按照1∶100体积比配成菌液，37℃下在震荡培养箱中培养24 h。

④样品的制取：将杉木试件切制成直径为10 mm的正方形试样，灭菌待用。

⑤黏附抗菌：取活化的菌液与原液培配成1∶100体积比黏附菌液，加入样品，37℃下在震荡培养箱中培养24 h。

⑥样品的洗脱和固定：将样品从菌液中取出，放入24孔板中，用配好的PBS溶液洗涤3次，去除未黏附在样品上的细菌。用体积分数为2.5%的戊二醛溶液将黏附到样品上的细菌固定4 h。固定4 h后，再用PBS清洗样品3次。然后将清洗后的样品，用25%、50%、70%、95%、100%的乙醇溶液分别浸泡10 min，逐级脱水。最后将脱水后的样品在超净台中自然干燥。

⑦拍摄电镜照片：将黏附细菌的试样经喷金处理后，利用扫描电子显微镜观察其试样表面黏附细菌情况。

1.3.3 贴膜抗菌测试

实验微生物采用金黄色葡萄球菌，实验程序如下。

①营养肉汤制法：称取牛肉膏5.0 g，蛋白胨10.0 g，氯化钠5.0 g，于1 000 mL 蒸馏水中，加热溶解后，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH，使灭菌后pH值为7.0～7.2，分装后置于压力蒸汽灭菌器内，121℃灭菌30 min。

②固培的制备：在上述1 000 mL营养肉汤中加入25 g琼脂粉，加热溶化，用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH ，使灭菌后pH值为7.0～7.2，分装后置于压力蒸汽灭菌器内，121℃灭菌30 min。

③培养液制备：将营养肉汤/生理盐水按照1∶100体积比稀释，加入少量的分散剂吐温-80制成，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH，使灭菌后pH值为7.0～7.2，分装后置于压力蒸汽灭菌器内，121℃灭菌30 min。

④保藏菌：将菌种接种于营养琼脂培养基上，在(37±1)℃下培养24 h后，在0～5℃下保藏(不得超过1个月)，作为斜面保藏菌。

⑤菌的活化和转接：将斜面保藏菌转接到平板营养琼脂培养基上，在(37±1)℃下培养24 h，每天转接1次(不超过2周)，试验时采用连续转接2次后的新鲜细菌培养物(24 h转接的)。

⑥菌悬液的配制：取灭菌的试管7支，分别取菌液为10、9 mL，用接种环将2次转接的新鲜细菌刮取1、2环，加入培养液中，并依次做10倍梯度稀释菌液，摇匀后取100μmL按体积比从低到高进行涂布。

⑦菌液的选取：将涂布好的平板放到37℃培养箱中培养24～48 h，再数取菌落，并计算1 mL菌液中的细菌数，选取 5.0×105～10×105CFU/mL(CFU为菌落形成单位)的稀释液作为试验用的菌液，并分别将0.5 mL菌液均匀滴到样品和对照样品表面，用无菌塑料薄膜覆盖。

⑧将表面涂有菌液的样品和对照样品放入温度35℃、湿度90% 的培养箱内做24 h的细菌培养。

⑨用平板法(琼脂培养法)在35℃的培养箱内放置48 h。最后用塑料平皿计算细菌个数，并计算杀菌率。

⑩每个样品均重复3次，取平均数。抗菌率的计算公式：

式中：R为抗细菌率(%);B为空白对照样品平均回收细菌菌落总数;C为抗菌试件样品平均回收细菌菌落总数。

2 结果与分析

2.1 浸渍树脂对抗菌性能的影响

图1是三聚氰胺浸渍处理杉木试样前后表面抗菌性能的细菌黏附SEM照片，由图1a可知，未经处理的杉木表面黏附很多细菌;图1b放大观察表明细菌表面光滑，说明细菌具有活性，杉木自身不具备抗菌性能;由图1c可知，三聚氰胺浸渍处理后杉木表面细菌的数量相对变少，表明三聚氰胺树脂具有一定的抗菌性能;图1d电镜放大后可以看到有光滑的细菌存在，但也观察到一部分细菌表面塌落，说明部分细菌已经失去活性，表明杉木表面经过三聚氰胺浸渍处理后已具有一定的抗菌活性，可能来源于甲醛的释放，与文献报道三聚氰胺浸渍纸贴面产品结果相一致［9］。

2.2 抗菌剂质量分数对杉木浸渍三聚氰胺树脂的影响

表1是杉木质量增加率与抗菌剂质量分数的关系，可知，杉木试样的质量增加率在10%～20%。浸渍处理1 h，质量增加率随抗菌剂质量分数的增加而降低，一方面可能由于抗菌剂的存在增加了抗菌剂载体和三聚氰胺树脂的作用而降低了三聚氰胺树脂向杉木内部的扩散，影响了质量增加率的上升;另一方面，可能是由于抗菌剂的载体比较大，阻碍了部分杉木表面的吸附点。浸渍处理3 h后，树脂的质量增加率出现增加趋势，说明树脂中抗菌剂的存在主要是影响浸渍树脂的渗透，说明浸渍时间3 h较1 h有利于抗菌浸渍树脂在杉木表面浸渍，有利于提高抗菌性能。

2.3 抗菌剂质量分数对抗菌性能的影响

图2是抗菌三聚氰胺浸渍杉木前后杉木表面抗菌性能，可知，添加0.4%抗菌剂的三聚氰胺树脂浸渍处理后杉木表面已具有一定的的抗菌效果，抗菌率达86.2%;添加1%抗菌剂后抗菌效果显著，扫描电子显微镜观察显示，杉木表面基本无个体细菌黏附存在，而且观察不到完成的细菌形貌，说明细菌不具有活性，抗菌率达99.9%，符合抗菌产品的要求。

表1 抗菌剂质量分数对杉木质量增加率的影响

图1 三聚氰胺浸渍处理杉木试样前后表面抗菌性能

图2 抗菌三聚氰胺浸渍杉木前后杉木表面抗菌性能

3 结论

杉木表面经过三聚氰胺抗菌树脂浸渍处理后，抗菌性能得到明显改善。未经处理杉木样品不具备抗菌性能，经过三聚氰胺处理后具备一定的抗菌性能，可能因为甲醛释放或三聚氰胺自身对细菌起到抑制作用;添加载银抗菌剂后，杉木表面的抗菌性能不断增强，当三聚氰胺中抗菌剂质量分数达1%时，抗菌率达99.9%，符合抗菌产品的要求。本研究对促进速生杉木高附加值利用具有重要的意义。

［1］陈瑞.杉木的PVA、MF真空加压浸渍改性试验［J］.木材工业，1997，11(5)：9-13.

［2］陈瑞英，邓邵平.福建杉木间伐材改性做地板［J］.东北林业大学学报，2000，28(4)：44-46.

［3］钱俊，叶良明，余肖红，等.速生杉木的改性研究-UF树脂浸渍后热压法改性［J］.木材工业，2001，15(2)：14-16.

［4］Hansmann C，Weichslberger G，Gindl W.A two-step modification treatment of solid wood by bulk modification and surface treatment［J］.Wood Science and Technology，2005，39：502-511.

［5］王卫东，梁星宇，梅长彤，等.抗菌耐磨实木复合地板的研究开发［J］.林业科技开发，2003，17(6)：39-40.

［6］龙玲，万祥龙，王金林.抗菌型饰面人造板的研究［J］.林业科学.2006，42(12)：114-119.

［7］李黎，李建章，夏松华.银离子抗菌三聚氰胺饰面人造板的研究［J］.中国人造板，2007(3)：35-38.

［8］Kandelbauer A，Widsten P.Antibacterial melamine resin surfaces for wood-based furniture and flooring［J］.Progress in Organic Coatings，2009，65：305-313.

［9］Kim S，Kim H J.Anti-bacterial performance of colloidal silvertreated laminate wood flooring［J］.International Biodeterioration ＆Biodegradation，2006，57：155-162.