竹材细胞自组装制备温敏性不霉竹材的机理及驱动机制研究

The thermosensitive antibacterial hydrogel composite bamboo (thermosensitive no mildew bamboo) was manufactured that its LCST was about 30℃.A strong bactericidal effect of nano-silver (nano-zinc)have embed that driven by chemical method(initiator) synthesis, and by bamboo wood cell as matrix and thermosensitive hydrogel (PNIPA) as raw materials. Hydrogel distribution, morphology, and crystal structure of the nano-silver (zinc), microstructure morphology were characterized by XRD and FESEM in thermosensitive no mildew bamboo.The silver (zinc) contents of thermosensitive no mildew bamboo were tested by XRF, and their chemical structure were studied by FTIR and NMR, their LCST were tested by DSC, and the responsive mechanism were studied. The mildewproof properties of thermosensitive no mildew bamboo were tested in indoor and outdoor. This study is different from the traditional bamboo mildewproof treatment ideas and methods. The no mildew bamboo have nano silver (nano-zinc) release "on - off" control mode.Nano silver (nano-zinc) were released when the ambient temperature is below 30 C, and did not released when the environmental temperature is higher than 30 C. So, it achieve the long-acting anti-mildew, and got no mildew bamboo, and the problem of bamboo easily mildew was tackled.

以毛竹材细胞为基体，以温敏性水凝胶（PNIPA）为原料，将有很强杀菌作用的纳米银（纳米锌）包埋其中，采用化学法驱动（引发）合成，自组装制得LCST约为30℃的温敏性抗菌水凝胶复合竹材（温敏性不霉竹材）。采用XRD和FESEM表征温敏性不霉竹材中，水凝胶的分布情况、结构形态，以及纳米银（锌）的晶体结构、微观结构形貌；用XRF检测温敏性不霉竹材中银（锌）含量；采用FTIR与NMR研究温敏性不霉竹材及其所含水凝胶的化学结构；用DSC测试温敏性不霉竹材的LCST，研究响应机理；研究温敏性不霉竹材的室内、室外防霉性能。本研究不同于传统的竹材防霉处理思路和方法，研制的不霉竹材具有对纳米银（纳米锌）释放的"开-关"控制模式，当环境温度低于30℃时纳米银（纳米锌）就释放出来，当环境温度高于30℃时纳米银（纳米锌）不向外释放，从而达到长效防霉的，实现了不霉竹材的制备，攻克了竹材极易霉变的难题。

虽然我国的竹材加工利用水平居世界领先地位，也是世界上最大的竹材产品出口国。但由于竹材细胞的内含物约为木材的1.5-2倍，其中淀粉和水溶性糖的总量高达4-6%，导致竹材比木材更容易霉变；通常竹材霉变后表面被污染，严重的污染可达数毫米而难以除去，既影响外表美观又失去使用价值，每年由此造成的经济损失巨大。在项目立项前，户外竹产品的长效防霉问题一直困扰着竹材工业界。因此，过去4年来，在国家自然科学基金的资助下，项目组按照计划书的研究内容，开展了竹材长效防霉技术与机理等的系统研究与探索，在多个方面取得了重要进展或突破，圆满完成了各项研究任务和实现了预期研究目标。项目主要开展了以下6个方面的系统研究：（1）PNIPAm纳米水凝胶的制备与表征；（2）TO-NFC/PNIPAm复合水凝胶的制备及其表征；（3）PNIPAm载Ag纳米复合水凝胶的制备与表征；（4）载纳米ZnO/P(NIPAm-co-AAc)复合水凝胶的合成与表征；（5）载银温敏性纳米水凝胶浸渍处理竹材的工艺与性能表征；（6）不同浸提处理方法对竹片防霉性能的影响与表征等。主要的研究方法与成效有：项目组采用自由基聚合法、原位合成法等，研究了纳米Ag/PNIPAm、Ag/P(NIPAm-co-AAc)和ZnO/P(NIPAm-co-AAc)温敏性抗菌复合水凝胶的合成工艺，及其浸渍处理竹材的防霉性能等；采用UV-vis、DLS、TEM、SEM、XRD和FTIR等现代仪器设备研究它们的结构与机理。结果表明：项目组所制备的温敏性抗菌复合水凝胶的平均粒径小于100nm；Ag/PNIPAm和ZnO/P(NIPAm-co-AAc) 等纳米水凝胶，在温度32℃左右具有相转变性能（LCST），可实现杀菌剂的温度“开-关”控释效应，有望实现竹材的长效防霉；Ag/PNIPAm和Ag/P(NIPAm-co-AAc) 等纳米水凝胶对霉菌的防治效力可达95%以上。因此，项目的研究成果，将为攻克竹材容易霉变的技术难题、实现竹材长效防霉提供新的方法和理论参考。. 截止目前，项目组已在国内外期刊上发表论文9篇，其中SCI收录5篇（A区1篇）；另外，还有2篇论文在SCI期刊审稿；发表国内外会议论文6篇；申请发明专利8项，其中1项发明专利已授权；培养硕士研究生3名。今后两年将会及时向国家基金委上报研究成果。