一种抗老化抑菌的木质复合材料板

1.本发明涉复合材料技术领域，尤其是涉及一种抗老化抑菌的木质复合材料板。


背景技术：

2.国际标准化组织(iso)对复合材料(compositematerials)的定义是两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料，分散相以独立的形态分布在整个连续相中。复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。
3.木质复合材料(woodbasedcomposites)是以木材(其各种形态包括纤维、单板和刨花等)为基体材料再加上其他的增强材料或功能材料以微观和宏观的形式复合而成的具有微观结构和特殊性能的新材料。木质复合材料可以更好地利用木材的特性，最大限度地克服木质材料的许多缺点，随着低碳经济的战略抉择、对生态环境保护的迫切、森林资源总量不足以及经济高增长对森林资源的巨大消耗造成的更大压力、人类需求的变化和科学技术的进步等多重因素作用下，以高新技术实现人工林木材的高效增殖利用成为当今木质材料发展的重点与学科研究的热点。
4.木质复合材料板从最早的“老三板”(胶合板、刨花板、硬质纤维板)，随后发展了“新三板”(中密度纤维板mdf、定向刨花板osb、华夫板)，以及lvl(laminatedveneerlumber)、psl(parallelstrandlumber)、lsl(laminatedstrandlumber)、木陶瓷(woodceramics，是木材、木质材料或制成的复合材料在无氧状态下，经高温慢速碳化处理得到的碳化物，它具有炭固有的质轻、吸附性强又具有陶瓷般的高硬度、高耐热、高耐腐蚀性等)等。
5.近年来大量开发了农作物秸秆人造板，诸如稻草板、稻壳板、麦秸人造板以及竹材人造板等，都是旨在充分利用资源、实现材料资源的可持续发展。
6.但是木质基材料的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种成分组成，这三种成分都包含羟基官能团，因此，木质基材料具有天然的亲水性，木质基材吸收水分后会发生翘曲、变形和干裂，进而严重影响木质复合材料的使用寿命。而且当木质基材料暴露于室外时，在水、太阳光和微生物等因素的协同作用下，木质基材料表面的木质素、纤维素在太阳光中的紫外线作用下，经过自由基诱导降解反应而被分解，进而逐渐发生自然老化，而这些降解产物在雨水等的冲刷下非常容易从木质基材中流失，进一步加剧木质基材料的变形开裂。
7.此外，木质复合材料中的胶黏剂及涂料中的挥发性物质，如甲醛、甲苯、二甲苯醇、三氯乙烯等均会对周围环境和人体健康造成不同程度的污染和危害，而近些年用来代替“三醛胶”的水、乳聚氨酯树脂胶黏剂，会存在有游离异氰酸酯的风险，其制成的复合板材对人体的危害比释放的甲醛更严重。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种抗老化抑菌的木质复合材料板，以解决木质复合材料板容易在水分、微生物和紫外线等因素的作用下发生老化变形，进而严重影响木质复合材料板的使用寿命，以及在制备木质复合材料板过程中会对周围环境和人体健康造成污染和危害的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供一种抗老化抑菌的木质复合材料板，包括以下重量份数的组分：10-15份热熔塑胶、35-45份木质粉料、5-10份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5-10份碳量子点、1-3份表面活性剂、1-3份相容剂、1-3份硅烷偶联剂。
10.优选的，包括以下重量份数的组分：10份热熔塑胶、35份木质粉料、5份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5份碳量子点、1份表面活性剂、1份相容剂、1份硅烷偶联剂。
11.优选的，包括以下重量份数的组分：15份热熔塑胶、45份木质粉料、10份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、10份碳量子点、3份表面活性剂、3份相容剂、3份硅烷偶联剂。
12.优选的，包括以下重量份数的组分：12份热熔塑胶、40份木质粉料、7份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、8份碳量子点、2份表面活性剂、2份相容剂、2份硅烷偶联剂。
13.优选的，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂；所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。
14.优选的，所述碳量子点的直径小于100nm；大于等于50％的碳量子点以及包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛位于木质复合材料板的表层。
15.优选的，所述热熔塑胶为聚乙烯热熔胶、聚丙烯热熔胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
16.优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝和/或改性植物纤维；所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570、kh792中的一种。
17.优选的，所述木质粉料中包含5-10份的富含类黄酮类化合物的植物材料的粉料；所述木质粉料为过800-900目筛的粉料。
18.优选的，还包括0-5份的着色剂。
19.二氧化钛(tio2)俗称“钛白粉”，是一种重要的白色无机材料，具有无毒、稳定性强以及独特的光催化特性和紫外屏障能力。二氧化钛有三类晶型，分别为锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。二氧化钛的晶型结构是影响其紫外屏蔽性能的重要因素。其中，金红石型二氧化钛的物理化学性质更稳定，光波吸收范围更广(金红石型二氧化钛能够较好地吸收小于410nm的光波，锐钛矿型二氧化钛可以吸收小于350nm的光波)，光催化活性比锐钛矿低，耐候性更好(金红石型二氧化钛的禁带宽度是3.2ev，锐钛矿型二氧化钛的禁带宽度为3.0ev)。
20.未包覆的二氧化钛颗粒分散性差，易团聚，严重影响其所加基体的各种应用效果和性质。利用包覆的无机金属氧化物的不饱和杂化轨道捕获电子，在二氧化钛表面覆盖一层致密的无机或有机物质包膜，形成与环境的屏障，可以有效改善其分散性，抑制其光催化活性。包覆过渡金属可以提高二氧化钛的紫外屏蔽性能，并且硅薄膜的分散性比铝包膜好，同时包覆二氧化硅、二氧化铈比包覆单一物质对紫外线的屏蔽能力更强。
21.碳量子点(cqds)作为一种新型材料，具有低毒性、生物相容性、来源丰富等优点，
在新材料领域拥有重要地位，另外，碳量子点在紫外光区(260-320nm)有较强的吸收峰，可以应用于抗紫外线导致的老化方面。
22.黄酮类化合物可以破坏微生物细胞壁及细胞膜的完整性，导致胞内成分释放而引起膜的电子传递、营养吸收、核苷酸合成及atp活性等功能障碍，从而抑制微生物生长；黄酮类化合物呈弱酸性，能使部分蛋白质凝固或变性，进而表现出杀菌和抑菌作用；还可以使微生物菌体扭曲变形，进而细胞壁破裂，内容物外漏，直至成为空壳或分解为颗粒状残渣，从而达到杀灭微生物的效果。黄酮类化合物的抑菌和/或杀菌作用广泛，对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌等均有抑制作用。
23.黄酮类化合物广泛存在自然界的某些植物和浆果中，总数大约有4千多种，分布黄酮类化合物较多的植物有芸香科、石楠科、唇形科、豆科、菊科、裸子植物等。植物体内的黄酮类化合物大部分以与糖结合成苷类或碳糖基的形式存在，也有的以游离形式存在。
24.因此，本发明提供的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，具有以下技术效果：
25.1.本发明中通过在木质复合材料板的外层压制富含二氧化硅和二氧化铈同时包覆的金红石型二氧化钛、纳米粒径的碳量子点以及少量富含黄酮类化合物的植物粉末，可以有效屏蔽紫外线和微生物对木质复合材料板的伤害，又因为外层含有的木质材料量很少，外层木质材料的吸水量可以忽略不计，从而使本发明的木质复合材料板具有很好的抗老化抑菌效果；
26.2.本发明的木质复合材料板的外层组分粒径达到纳米级，使制备的木质复合材料表面细腻、光滑、平整，品质高端，还可以根据需要压制出不同图案和造型，还可以加入各种着色剂制成色彩绚丽制品；
27.3.本发明的木质复合材料板的芯板中含有60％以上的木质粉料，木质粉料来源广泛，可以是木材加工的下脚料、碎木屑/渣、农作物和/或野生植物的干物质、果壳类物质等农业、工业废弃物，保护环境的同时还可以变废为宝；实现了可以免除农业废弃物造成的环境污染，以及农植物焚烧带来的空气污染；
28.4.阳性表面活性剂可以提高制备过程中金红石型二氧化钛的含量，本发明中通过添加阳性表面活性剂到木质复合材料板中可以更好地保持二氧化钛的金红石型晶型，进而有效发挥金红石型二氧化钛对紫外线的屏蔽性能；
29.5.本发明中的木质复合材料板组分均是低毒、无毒的物质，制备的木质复合材料板绿色安全，不会对人们身体健康和周围环境带来安全隐患，木质复合材料板还可以回收再利用。
30.下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
31.以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
32.为了使得本技术的目的、技术方案及优点更加明确、透彻和完整，下面通过实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下详细说明均是实施例的说明，旨在对本发明提供进一步详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。
33.实施例一
34.对二氧化钛粉末进行二氧化硅和二氧化铈包覆，步骤如下：
35.(1)准确称取10g粒径为30nm的金红石型二氧化钛溶于25ml蒸馏水中，然后加入0.1g六偏磷酸钠，超声10min；
36.(2)将步骤(1)得到的悬浮液加热至60℃后，用0.1mol/l的naoh溶液调ph为9；
37.(3)用恒流泵向步骤(2)得到的悬浮液中加入0.1mol/l的na2sio3溶液16.6ml和0.1mol/l的h2so4溶液，调节进料速率，使反应液保持ph为9不变；
38.(4)用恒流泵加入0.1mol/l的ce(so4)2溶液和0.1mol/l的naoh溶液，调节进料速率，使反应液ph保持不变，进料时间为1h；
39.(5)在温度为60℃，转速为300rpm的条件下陈化2h即可。
40.实施例二
41.制备直径小于100nm的碳量子点，步骤如下：
42.(1)准确称取0.5g壳聚糖，加入100ml1wt％的乙酸溶液中，搅拌48h，使壳聚糖充分溶解；
43.(2)将溶解的壳聚糖乙酸溶液通过0.45μm的微孔膜，过滤去除不溶性物质；
44.(3)将步骤(2)获得的20ml壳聚糖溶液倒入50ml规格的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜中，加热至180℃，保温12h；
45.(4)自然冷却至室温后，将溶液用900w高强度超声波处理30min，然后通过0.22μm的微孔膜过滤；
46.(5)将过滤后的滤液在10000r/min下离心15min，除去所有沉积物，黄色上清液即为目标产物。
47.实施例三
48.制备2cm厚的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，包括如下步骤：
49.(1)将30份玉米秸秆、花生壳的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入8份聚乙烯热熔胶、2份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛纳米粉末、2份实施例二制备的碳量子点混合均匀，用常规木质复合材料板的制作方法压制成1.8cm厚的木质复合材料板的芯板；
50.(2)将5份银杏叶、松针、四季豆植株的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入2份聚乙烯热熔胶、木质纳米粉料、3份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、3份实施例二制备的碳量子点、1份十六烷基三甲基溴化铵、1份马来酸酐接枝植物纤维、1份kh560硅烷偶联剂混合均匀，将混合物按常规木质复合材料板的制作方法熔融，然后分别喷在步骤(1)中刚制备成型的木质复合材料芯板的外表面；
51.(3)喷一层后稍干燥、降温再喷一层，直至木质复合材料板的厚度达到2cm。
52.实施例四
53.制备2cm厚的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，包括如下步骤：
54.(1)将38份玉米轴、锯末的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入12份聚丙烯热熔胶、4份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛纳米粉末、5份实施例二制备的碳量子点混合均匀，用常规木质复合材料板的制作方法压制成1.8cm厚的木质复合材料板的芯板；
55.(2)将7份银杏叶、小芸木叶、柳丁叶的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入3份
聚乙烯热熔胶、木质纳米粉料、6份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5份实施例二制备的碳量子点、1份苄基三乙基氯化铵、1份马来酸酐接枝植物纤维、1份kh792硅烷偶联剂混合均匀，将混合物按常规木质复合材料板的制作方法熔融，然后分别喷在步骤(1)中刚制备成型的木质复合材料芯板的外表面；
56.(3)喷一层后稍干燥、降温再喷一层，直至木质复合材料板的厚度达到2cm。
57.实施例五
58.制备2cm厚的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，包括如下步骤：
59.(1)将35份小麦秸秆、干草、椰蓉的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入9份乙烯乙酸乙烯酯共聚物、3份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛纳米粉末、3份实施例二制备的碳量子点混合均匀，用常规木质复合材料板的制作方法压制成1.8cm厚的木质复合材料板的芯板；
60.(2)将5份刺槐叶、大豆秸秆、蚕豆秸秆的混合物充分粉碎后过900目筛，然后加入3份聚乙烯热熔胶、木质纳米粉料、4份实施例一制备的包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5份实施例二制备的碳量子点、1份十二烷基三甲基氯化铵、1份马来酸酐改性植物纤维、1份kh550硅烷偶联剂混合均匀，将混合物按常规木质复合材料板的制作方法熔融，然后分别喷在步骤(1)中刚制备成型的木质复合材料芯板的外表面；
61.(3)喷一层后稍干燥、降温再喷一层，直至木质复合材料板的厚度达到2cm。
62.因此，本发明提供的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，具有很好的抗老化和抑菌效果；制备工艺简单，品质高端还可以有不同的造型和图案；可以实现农业废弃物的变废为宝，很好地践行了可持续发展战略；绿色安全，不会对人们身体健康和周围环境带来安全隐患，木质复合材料板还可以回收再利用。
63.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于，包括以下重量份数的组分：10-15份热熔塑胶、35-45份木质粉料、5-10份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5-10份碳量子点、1-3份表面活性剂、1-3份相容剂、1-3份硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于，包括以下重量份数的组分：10份热熔塑胶、35份木质粉料、5份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5份碳量子点、1份表面活性剂、1份相容剂、1份硅烷偶联剂。3.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于，包括以下重量份数的组分：15份热熔塑胶、45份木质粉料、10份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、10份碳量子点、3份表面活性剂、3份相容剂、3份硅烷偶联剂。4.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于，包括以下重量份数的组分：12份热熔塑胶、40份木质粉料、7份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、8份碳量子点、2份表面活性剂、2份相容剂、2份硅烷偶联剂。5.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：所述表面活性剂为阳离子表面活性剂；所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。6.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：所述碳量子点的直径小于100nm；大于等于50％的碳量子点以及包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛位于木质复合材料板的表层。7.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：所述热熔塑胶为聚乙烯热熔胶、聚丙烯热熔胶、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝和/或改性植物纤维；所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570、kh792中的一种。9.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：所述木质粉料中包含5-10份的富含类黄酮类化合物的植物材料的粉料；所述木质粉料为过800-900目筛的粉料。10.根据权利要求1所述的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，其特征在于：还包括0-5份的着色剂。

技术总结
本发明公开了一种抗老化抑菌的木质复合材料板，包括以下重量份数的组分：10-15份热熔塑胶、35-45份木质粉料、5-10份包覆二氧化硅和二氧化铈的二氧化钛粉末、5-10份碳量子点、1-3份表面活性剂、1-3份相容剂、1-3份硅烷偶联剂。本发明提供的一种抗老化抑菌的木质复合材料板，具有很好的抗老化和抑菌效果；制备工艺简单，品质高端还可以有不同的造型和图案；可以实现农业废弃物的变废为宝，很好地践行了可持续发展战略；绿色安全，不会给人们身体健康和周围环境带来安全隐患，木质复合材料板还可以回收再利用。回收再利用。


技术研发人员：康昆勇 邓书端 朱刚 董春雷 夏炎
受保护的技术使用者：西南林业大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/20