一种基于白腐菌改性的竹基复合材料和制备方法

本发明涉及复合材料，尤其是一种基于白腐菌改性的竹基复合材料和制备方法。

背景技术：

1、由于人们对环境和自然资源的重视，生物质复合材料的研发已越来越受到关注与重视。木质复合材料产品主要由木质纤维和颗粒通过热压等多种制造方法制成，在建筑、包装、家具等众多领域有着广泛的应用。竹材生长速度快，利用竹材制备竹基复合材料会降低成本，但是与木材相比，竹材中没有横向细胞，细胞结构更为致密且石细胞多，因此导致其对胶黏剂的渗透性差，不容易胶合，制备的竹基复合材料胶合强度常达不到国家标准的要求。

2、为了改善竹材的细胞孔隙结构、润湿性、反应活性等物理和化学特性，提高纤维素含量及其可及性，以实现竹基复合材料优异的界面结合和较高的机械强度，通常会对竹材进行一些预处理，例如物理处理、化学处理、热改性处理及离子预处理等。传统的物理或化学处理以及热处理能源消耗大和设备昂贵，并且对环境不友好。

3、与这些方法相比，利用真菌预处理对竹材进行改性，改变竹材的物理化学性质，并基于白腐菌改性巨龙竹制备竹基复合材料，对竹质复合材料制备的技术领域具有积极的意义。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题，是针对目前常见的竹质复合材料制备中原料细胞孔隙结构、润湿性、反应活性等物理和化学特性需要改善的问题，传统预处理手段成本高且对环境不友好。

2、因此，本发明提供了一种基于白腐菌改性的竹基复合材料和制备方法，并利用真菌改性后的竹片热压制备竹基复合材料的方法。在本发明的培养条件下，白腐菌高效分泌木质素氧化酶漆酶，经白腐菌预处理后，在白腐菌分泌漆酶的作用下，巨龙竹化学组分发生变化，木质素侧链断裂，大分子结构有降解或解聚现象，反应活性提高，同时竹材细胞孔隙结构改变，润湿性得到明显改善，并且竹材的结晶度升高，因此利用白腐菌改性制得的竹基复合材料的密度、抗拉强度、胶合强度大幅度提高，属于高密度高强度的竹基复合材料，具有广阔的应用前景。

3、本发明的目的是这样实现的：

4、一种基于白腐菌改性的竹基复合材料的制备方法，包括改性处理：

5、将巨龙竹竹片与无菌水按质量比为1:20-1:25准备，在25℃-30℃、150-180转/分钟转速的摇床中培养，竹片与白腐菌质量比为1:1-3:1，溶液中添加5g/l的巨龙竹竹粉，在摇床中培养10-30天，白腐菌处理后将竹片进行干燥。针对改善巨龙竹竹片的细胞孔隙结构、润湿性、反应活性等物理和化学特性。

6、进一步地，白腐菌为彩绒革盖菌。

7、进一步地，巨龙竹竹片厚度为0.8-1.5mm。

8、进一步地，竹片与无菌水质量比为1:20，培养条件为在25℃、150转/分钟以及在28℃、180转/分钟转速的摇床中培养，竹片与白腐菌质量比为3:1，溶液中添加5g/l的巨龙竹竹粉，在摇床中培养30天后将竹片取出干燥。该方案条件下制得的巨龙竹竹片润湿性、抗拉强度以及竹基复合材料的密度、抗拉强度、胶合强度最高。

9、本发明还涉及的一种基于白腐菌改性的竹基复合材料的制备方法，包括：

10、干燥：将白腐菌改性处理后的竹片气干或烘干；改性处理按照上述的制备方法进行；

11、涂胶：涂市购的脲醛树脂胶黏剂；

12、铺装：将竹片顺纹三层铺装；

13、热压：将铺装后的竹片在130-180℃，1.5-5.0mpa热压6-10分钟，制得基于白腐菌改性的竹基复合材料。

14、进一步地，竹片气干24h或60℃烘干6h。

15、进一步地，涂胶过程中，涂胶量为170g/m2。

16、进一步地，将铺装后的竹片在130-180℃，1.5-5.0mpa热压6-10分钟。

17、本发明还涉及的基于白腐菌改性的竹基复合材料，通过上述的制备方法制备。

18、本发明首先利用白腐菌对巨龙竹竹片进行不同天数的真菌改性处理，将改性后的竹片干燥，涂市场现有的脲醛树脂胶黏剂，顺纹铺装、热压，制备出基于白腐菌改性的竹基复合材料。通过检测不同改性阶段白腐菌分泌的酶活，以及竹基复合材料的物理、力学性能检测得出：在本发明的培养条件下，白腐菌高效分泌木质素氧化酶中的漆酶，对木质素进行改性，使其侧链断裂，大分子降解为小分子，并且反应活性提高，经白腐菌改性后，在白腐菌分泌高活性漆酶的作用下，巨龙竹化学组分发生变化，木质素侧链断裂，大分子结构有降解或解聚现象，反应活性提高，同时竹材细胞孔隙结构改变，润湿性得到明显改善，并且竹材的结晶度升高，因此利用白腐菌改性制得的竹基复合材料的密度、抗拉强度、胶合强度大幅度提高，属于高密度高强度的竹基复合材料，具有广阔的应用前景。

19、本发明方案难点在于提高木质素酶活性，通过条件控制靶向提高木质素酶的活性，而纤维素酶的活性很低，这样才能实现对木质素的靶向改性。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、(1)本发明所使用的预处理方案是利用自然界中广泛存在的白腐菌，来源广泛，培养条件温和、无害，可以缓解传统预处理方案成本高而且不环保的问题。

22、(2)通过本发明的白腐菌预处理方案，与未进行预处理的巨龙竹素材相比，白腐菌改性处理后的巨龙竹竹片润湿性得到了显著改善，水接触角从原来的99.125°降到了76.375°。与没有经过白腐菌改性处理的竹片相比，经白腐菌改性的竹片由于木质素部分降解或解聚，竹片的化学组分与细胞壁构造也随之改变，细胞壁微孔隙增多，因此在制备复合材料时胶粘剂的铺展、渗透情况得到有效改善，并且降解后的木质素以及降解产物的反应活性提高，在热压胶合时能够更多地参与反应，形成更好的界面结合，从而改善生物质复合材料的界面结合性能，复合材料内部更加致密、均匀，因此复合材料的物理、力学强度均得到提高。

23、本权利要求条件下，白腐菌预处理改性后巨龙竹竹片的抗拉强度由原来的142.08mpa提高至191.20mpa，提高了134.6％，制备的巨龙竹竹基复合材料与未经真菌改性的竹基复合材料相比，密度提高了128％，由原来的0.836g/cm3提高至1.070g/cm3，同时与未经真菌改性的竹基复合材料相比，抗拉强度提高了129.5％，由原来的195.83mpa提高至253.58mpa，胶合强度由原来的4.88mpa提高至6.23mpa，提高了127.7％。

24、白腐菌在本发明的培养条件下高效分泌木质素氧化酶漆酶，并且在10-30天的处理过程中，漆酶始终保持着高活性，实现对竹材木质素的高效改性，达到靶向断裂木质素侧链的目的，但不降解木质素芳香环结构，使木质素大分子降解为小分子，并且通过对木质素侧链的降解，提高木质素的反应活性，促进其在胶合过程中起到胶黏剂的作用，在热压胶合过程中能够更多地参与交联反应，形成更好的界面结合，起到更好的粘结作用。此外，由于化学组分发生变化，使纤维素含量相对提高且结晶度增大，对复合材料力学强度的提高起到了积极的作用，同时使竹材的细胞孔隙结构、润湿性、反应活性等物理和化学特性都得到改善，因此，通过白腐菌预处理改性巨龙竹进而制得的巨龙竹竹基复合材料的密度、抗拉强度、胶合强度均得到大幅度提高，属于高密度、高强度的木质复合材料，因此具有广阔的应用前景。