茶多酚抗菌饰面细木工板的制备及应用研究

以茶多酚为主效抗菌成分，通过复凝聚-酶促交联复合包覆技术制备茶多酚抗菌复合物（TPC），将该复合物引入三聚氰胺甲醛树脂中制得抗菌浸渍树脂制备抗菌浸渍胶膜纸，再经热压工艺与细木工板基材复合，制备抗菌浸渍胶膜纸饰面细木工板，系统考察了茶多酚抗菌复合物与三聚氰胺甲醛树脂胶的适配性，并依据LY/T 1926—2020《人造板与木（竹）制品抗菌性能检测与分级》评价其抗菌效果。结果表明，茶多酚抗菌复合物具有良好的热稳定性和分散性，与三聚氰胺甲醛树脂胶相容性好；当其添加量为三聚氰胺甲醛树脂固含量的4%时，抗菌浸渍胶膜纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率达99.99%，达到Ⅰ级抗菌水平。制得的抗菌浸渍胶胶膜纸饰面细木工板表面耐磨和耐划痕性能符合GB/T 34722—2025《浸渍胶膜纸饰面胶合板和细木工板》要求，外观质量良好。

近年来，公众健康意识的增强显著提高了市场对抗菌功能建材的需求，从而推动了抗菌饰面人造板研究的快速发展。目前，用于抗菌饰面人造板的抗菌剂按其材料性质主要可分为3类。无机抗菌剂（如银、铜离子）抗菌性能优异，但金属离子的长期稳定性与安全性需深入探究；有机抗菌剂（如季铵盐）在较高添加量下抗菌率达99%，但存在易分解、潜在环境风险等问题；天然抗菌剂（如壳聚糖、植物提取物）环境友好，但耐热性差、与合成树脂相容性不佳，制约其产业化应用。

针对现有技术的局限，研发人员已探索多种路径。如利用分子巢技术增强天然提取物稳定性，但其载体合成步骤多，分散性与相容性仍需优化；筛选水性植物源助剂，但成分与机理研究尚不充分；复合抗菌策略也有所发展，如季铵盐与银离子共改性蒙脱土，抑菌率超99%，但仍未能完全摆脱合成组分，环保优势有限。

茶多酚（TP）凭借其多酚羟基结构，兼具广谱强效抗菌活性（尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）与环境相容性。然而，直接应用于饰面人造板时，茶多酚面临热压易失活及与三聚氰胺甲醛树脂相容性差等挑战。为此，本研究以茶多酚为主效抗菌成分，通过复凝聚-酶促交联制备茶多酚抗菌复合物（TPC），以提升其热稳定性及与树脂相容性，在实现高效抗菌的同时保障其饰面板表面性能与装饰效果，为绿色饰面人造板的开发提供可行技术路径。

1  材料与方法

1.1 试验材料与设备

茶多酚、甘草提取物、柠檬酸、明胶、壳聚糖、冰醋酸、吐温、TG酶（谷氨酰胺转氨酶）；脲醛树脂，固含量46.9%，pH 7～8，黏度60～70 mPa·s（25 ℃）；三聚氰胺甲醛树脂，固含量48.9%，pH 9～10，黏度70～80 mPa·s（25 ℃）；装饰原纸，定量80～100 g/㎡，由临沂云佳新材股份有限公司提供；细木工板基材、重组装饰单板，3种材料由浙江升华云峰新材股份有限公司提供；琼脂培养基购自常德比克曼生物科技有限公司。

电热鼓风干燥箱，DHG-9246A，上海精宏实验设备有限公司；分析天平，LE204，梅特勒托利多国际有限公司；平板硫化机，XLB-D，顺力橡胶机械有限公司；pH计，PHS-3E，上海仪电科学仪器股份有限公司；旋转黏度计，NDJ-1S，上海金相环境科技有限公司；生化培养箱，LRH50F，上海慧泰仪器制造有限公司；摇床，THZ100，上海一恒科学仪器有限公司；高压灭菌器，LDZM-60L，上海申安医疗器械厂；超净工作台，BBC-3SI-A2，上海一恒科学仪器有限公司。磁力搅拌水浴锅，HH-4J，常州朗越仪器制造有限公司；扫描电子显微镜，SU8020，株式会社日立制作所；光学显微镜，XSP-36TV，凤凰光学有限公司；傅里叶变换红外光谱仪，IS5，赛默飞世尔科技公司；X射线衍射仪，D8 Advance，德国布鲁克；热重分析仪，TA Q500，美国TA仪器公司。

1.2 试验方法

1.2.1 茶多酚抗菌复合物（TPC）的制备

依据参考文献的方法，并略作改动，将茶多酚、甘草提取物与柠檬酸共混于去离子水，制得复配抗菌助剂分散液；持续搅拌下缓慢投料至固体含量5%的明胶水溶液，混合均匀后，加入总体系质量0.1%～0.2%吐温，经超声均质；随后向分散体系中缓慢滴加预处理壳聚糖溶液（壳聚糖固体含量1%，冰醋酸质量分数1%）。搅拌混匀后用0.1 mol·L-1NaOH溶液调节pH至5.0～6.0，充分反应。随后将体系转移至6～8 ℃冰水浴中降温凝胶化，加入适量TG酶反应1～2 h进行酶促交联。反应结束后抽滤分离，固体产物经反复洗涤、干燥至恒重，即得茶多酚抗菌复合物，如图1所示。

图1 茶多酚抗菌复合物的制备示意图

1.2.2 抗菌浸渍胶膜纸制备

向三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂中分别添加茶多酚抗菌复合物，添加量依次为三聚氰胺甲醛树脂固含量的 0、2%、4%、6%、8%，使用以300 r/min磁力搅拌转速搅拌至混合均匀，分别测定其pH、黏度和固含量，制得抗菌浸渍树脂。抗菌浸渍胶膜纸采用二次浸渍工艺制备，首先将装饰原纸浸渍脲醛树脂胶（浸胶Ⅰ），然后在鼓风干燥箱中125 ℃下干燥2～4 min，控制其预固化度为40%；接着将一次浸渍干燥后的胶膜纸表面辊涂含有不同质量分数茶多酚抗菌复合物的三聚氰胺甲醛树脂（浸胶Ⅱ），并在鼓风干燥箱中125 ℃下干燥2～4 min，制得茶多酚抗菌复合物添加量分别为0、2%、4%、6%、8%的抗菌浸渍胶膜纸，每种茶多酚抗菌复合物浓度的抗菌浸渍胶膜纸各制备10张样品，幅面尺寸32 cm×32 cm。

1.2.3 抗菌浸渍胶膜纸饰面细木工板制备

饰面细木工板通过热压工艺制备，其热压参数见表1，先将抗菌浸渍胶膜纸与平衡层按表1参数进行热压复合（一次热压），获得复合表层；再使用脲醛树脂胶将复合表层与细木工板基材压贴胶合（二次热压），制得抗菌浸渍胶膜纸饰面细木工板，幅面尺寸30 cm×30 cm。

表1　抗菌浸渍胶膜纸饰面细木工板制备工艺

1.2.4 性能测试

1）茶多酚抗菌复合物的表征。

采用光学显微镜对茶多酚抗菌复合物及其在三聚氰胺甲醛树脂中的分散状态进行初步观察；将样品均匀分散，记录其宏观形貌与分散均匀性；采用傅里叶变换红外光谱仪，在4 000～400 cm-1波数范围内测试茶多酚抗菌复合物的红外光谱，分析其特征官能团及分子间相互作用；采用X射线衍射仪，在5°～80°（2θ）扫描范围内，以Cu Kα射线（λ=0.154 nm）分析茶多酚抗菌复合物的晶体结构；称取5～10 mg茶多酚抗菌复合物于氧化铝坩埚中，在N2氛围（流速50 mL/min）下，以10 °C/min的升温速率从30 °C升温至700 °C，采用热重分析仪测试其热失重行为，评估茶多酚抗菌复合物热稳定性的提升效果。

2）抗菌性能评价。

以大肠杆菌（Escherichia coli， ATCC 25922）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus， ATCC 6538）为试验菌种。

抑菌圈法：琼脂培养基表面凝固水分干燥后，用无菌镊子夹取6 mm无菌滤纸片贴在平皿中心位置，每个平皿中心贴一张。用移液器吸取10 μL稀释后的茶多酚抗菌复合物溶液滴于滤纸片上，每个浓度处理重复3次。将平板倒置于细菌培养箱中37 ℃培养，测定抑菌圈大小。

抗菌率：经活化后调整菌液浓度为5.0×105～10.0×105 CFU/mL。试样分为3组：阴性对照组（无菌培养皿）、空白对照组（非抗菌饰面板）和抗菌处理组（抗菌饰面板），规格均为50 mm×50 mm。取0.2 mL菌液滴加于空白对照及抗菌试样表面，覆盖灭菌聚乙烯薄膜，于37 ℃、相对湿度>90%条件下培养24 h。培养结束后，用洗脱液充分洗涤回收菌液，倾注法计数活菌数。按式（1）计算抗菌率：R（%）=［（Nb-Nc）/Nb］×100%

Nb为空白对照组平均回收菌数（CFU/片）；Nc为抗菌处理组平均回收菌数（CFU/片）。根据LY/T 1926—2020《人造板与木（竹）制品抗菌性能检测与分级》，抗菌率≥99%为Ⅰ级，≥90%为Ⅱ级。每组试验重复3次。

3）理化性能测试。

依据GB/T 28995—2022《人造板饰面专用纸》标准，对含茶多酚抗菌复合物的抗菌浸渍胶膜纸的浸胶量、挥发物、预固化度进行检测。依据GB/T 34722—2025《浸渍胶膜纸饰面胶合板和细木工板》和GB/T 17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中规定的方法，在莫干山家居研究院检测中心对抗菌饰面板的外观质量、表面耐磨和表面耐划痕进行检测。

2  结果与分析

2.1 茶多酚抗菌复合物结构和热稳定性表征

图2为茶多酚抗菌复合物的扫描电子显微形貌。由图2a-b可见，茶多酚抗菌复合物主要呈球形或类球形（粒径分布在10～60 μm），轮廓清晰、边界完整，未出现明显的结构破碎或塌陷，证实复凝聚-酶促交联技术可成功制备结构稳定的复合物。图2c为三聚氰胺甲醛树脂的微观图像，无明显颗粒状结构与相分离现象。将茶多酚抗菌复合物引入三聚氰胺甲醛树脂体系后（见图2d），茶多酚抗菌复合物在树脂中实现了较好地分散，虽仍存在少量微团聚体，但未出现显著沉降或大面积絮凝，颗粒边界清晰且在连续相内保持相对独立的分布状态。上述结果表明，本试验所制备的茶多酚抗菌复合物与三聚氰胺甲醛树脂具有良好的界面相容性，这种均匀的分散特征为抗菌活性成分在后续浸胶、与细木工板热压胶合成型过程中的均匀分布与长效作用奠定了结构基础。

a-b.茶多酚抗菌复合物 c.三聚氰胺甲醛树脂 d.茶多酚抗菌复合物/三聚氰胺甲醛树脂

图2 茶多酚抗菌复合物微观形貌

对茶多酚及茶多酚抗菌复合物进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，结果如图3a所示。茶多酚的红外光谱在3 200～3 500 cm-1处呈现一个宽而强的特征吸收峰，这归因于其分子中酚羟基（—OH）的伸缩振动，是多酚类物质的典型标志。在约1 600 cm-1处出现的峰对应芳香环C=C骨架振动，而1 700 cm-1附近的吸收峰则与茶多酚结构内没食子酸酯基的羰基（C=O）伸缩振动相关［15-17］。相较于茶多酚，茶多酚抗菌复合物在3 200～3 500 cm-1区域的—OH吸收峰明显变宽且强度减弱，并伴随轻微左移，这表明茶多酚的酚羟基与明胶、壳聚糖及柠檬酸等基质高分子之间形成了密集的氢键网络。同时，茶多酚抗菌复合物在1 700 cm-1附近的C=O峰强度显著降低，这可能是茶多酚的羰基参与了与壳聚糖氨基或明胶分子链的氢键或静电相互作用。此外，茶多酚抗菌复合物在1 500～1 600 cm-1范围内代表芳香环骨架振动的吸收峰［18］强度减弱、峰形钝化，反映出茶多酚的芳香结构被有效包埋于高分子网络内。在1 000～1 200 cm-1区域，茶多酚抗菌复合物的吸收峰谱带明显展宽，该区域主要对应C—O及C—O—C键的伸缩振动，其信号来源于茶多酚、甘草提取物中的糖苷以及壳聚糖、明胶分子骨架的叠加贡献，进一步证实复配抗菌体系的成功构建。

图3b展示了茶多酚与茶多酚抗菌复合物的X射线衍射（XRD）谱图对比。茶多酚在2θ=10°～40°范围内显示多处尖锐的衍射峰，表明其晶体结构中存在晶体的有序排列［19］。茶多酚抗菌复合物的XRD谱图中原有尖锐衍射峰强度大幅减弱，峰形明显变宽，整体呈现以无定形结构为主的漫散衍射特征。这一转变证明，在复合物形成过程中，茶多酚原有的长程有序结晶结构被抑制，这可能是由于茶多酚与壁材分子间形成氢键，以及溶剂溶胀效应限制了茶多酚分子的重排与聚集［20］。这种无定形结构有助于提升活性成分的分散性及其与基质的界面相容性。

a.红外光谱                                   b.XRD

图3 茶多酚与茶多酚抗菌复合物的红外光谱和XRD

图4展示了茶多酚及茶多酚抗菌复合物的热重（TG）曲线。从热重曲线可以看出，两者在受热过程中均发生了显著的质量损失，但其热分解行为有明显区别。茶多酚的热分解主要分为3个阶段。第一阶段（室温至约150 °C）的失重源于吸附水及易挥发分的蒸发；第二阶段（约200～350 °C）发生剧烈的快速分解，对应于茶多酚分子骨架的断裂与热降解，此阶段失重最为显著［21］；第三高温阶段的质量损失则逐渐趋于平缓。茶多酚抗菌复合物的热稳定性得到明显改善，在低温区域，茶多酚抗菌复合物的初始失重速率更低，180 °C时茶多酚抗菌复合物的热失重率仅为12.3%，显著低于茶多酚的21.3%，表明复合体系中水分及挥发性组分被有效束缚，热稳定性提高。茶多酚抗菌复合物的主分解区段相比纯茶多酚向高温方向有所偏移，且在程序升温结束后具有更高的残余质量。这都说明由明胶、壳聚糖和柠檬酸通过复凝聚–酶促交联构建的三维网络结构对茶多酚活性成分起到了有效的保护作用，显著延缓了茶多酚在高温下的分解，增强了其热稳定性。这使得茶多酚抗菌复合物能够适应浸渍胶膜纸在干燥、预固化及后期饰面板热压加工中的工艺温度要求，为其工业应用提供了关键的性能保障。

图4 茶多酚和茶多酚抗菌复合物的热重曲线

2.2 抗菌性能评价

为评价各组分的基础抗菌性能，采用与茶多酚抗菌复合物制备工艺相同的浓度，分别配制明胶、壳聚糖、柠檬酸、甘草提取物、甘草提取物+柠檬酸、茶多酚溶液，以大肠杆菌为试验菌株进行抑菌圈试验，结果如图5所示。结果表明，仅茶多酚产生明显抑菌圈，直径为15.3±0.3 mm（因茶多酚自身颜色，抑菌圈呈淡黄色）；而其余组分均未形成明显抑菌圈（抑菌圈直径<8 mm），显示其单独存在时抗菌活性较弱。

图5 各成份抑菌圈效果

使用抑菌圈法对茶多酚抗菌复合物的抗菌活性进行了验证，如图6所示。4%浓度的茶多酚抗菌复合物窜液对大肠杆菌的抑菌圈为14.04±0.28 mm（见图6a）。4%浓度的茶多酚抗菌复合物溶液对金黄色葡萄球菌的抑菌圈为22.20±0.08 mm（见图6b）。这也进一步说明了茶多酚抗菌复合物对革兰氏阴性和阳性菌的抑菌性能。

a.大肠杆菌的抑菌圈测试         b.金黄色葡萄球菌的抑菌圈测试

图6 茶多酚抗菌复合物抑菌圈测试

茶多酚抗菌复合物添加量对抗菌饰面板的抗菌率影响见图7。测试结果显示，未添加茶多酚抗菌复合物的对照组样品对两种测试菌均无显著抑制作用，抗菌率均低于90%，不符合抗菌材料的基本要求。随着茶多酚抗菌复合物的引入，样品的抗菌性能得到显著增强。当茶多酚抗菌复合物添加量为2%时，样品开始显现出抑菌效果，但尚未达到标准规定的Ⅰ级抗菌水平。当添加量提升至4%时，样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99.99%，完全满足LY/T 1926—2020中关于Ⅰ级抗菌材料的严格判定要求。继续提高茶多酚抗菌复合物添加量至6%和8%，抗菌率的增长幅度明显减缓，曲线趋于平缓，表明材料的抗菌效能已接近饱和。

图7 不同茶多酚抗菌复合物添加量的抗菌饰面板的抗菌率

如图8所示，阴性对照的细菌生长明显，即使稀释到1 000倍，仍有明显的菌落（见图8a和图8b所示大肠杆菌和金黄色葡萄球菌空白组照）。普通组细菌也有较为明显的生长，而抗菌组大肠杆菌和金黄色葡萄球菌试验组几乎无细菌生长，具有优异的抗菌率。当茶多酚抗菌复合物添加量达到4%及以上阈值时，抗菌活性组分在胶膜纸内部及表面得以充分、均匀分布，从而能够持续提供足量的抗菌作用位点，实现高效且稳定的广谱抑菌效果。

图8 不同稀释倍数下4%茶多酚抗菌复合物抗菌率测试

2.3 茶多酚抗菌浸渍胶膜纸及其饰面板的基本性能

按照GB/T 14074—2017《木材工业用胶粘剂及其树脂检验方法》，测定了三聚氰胺甲醛树脂胶在不同茶多酚抗菌复合物添加量下的pH值、黏度和固化时间等关键理化性能，见表2。从数据趋势来看，随着茶多酚抗菌复合物添加量的增加，树脂胶的pH值、黏度及固化时间均未出现显著波动，这可能是茶多酚被壁材有效屏蔽，未与树脂发生酸碱或缩合反应，同时4%添加量尚未达到引发基体性能突变的临界阈值。茶多酚抗菌复合物的加入并未对三聚氰胺甲醛树脂的基础理化性能产生明显影响，茶多酚抗菌复合物作为功能性抗菌助剂应用于浸渍胶膜纸体系具备可行性。

表2　不同茶多酚抗菌复合物添加量下三聚氰胺甲醛树脂胶的的固化时间、pH和黏度

根据GB/T 28995—2022和GB/T 34722—2025，本研究系统评估了4%茶多酚抗菌复合物添加量的抗菌浸渍胶膜纸及其饰面细木工板的性能，相关测试结果见表3。所有制备的抗菌浸渍胶膜纸的浸胶量、挥发物含量和预固化度等关键工艺参数均在GB/T 28995—2022规定的合格范围内，浸渍胶膜纸的甲醛释放量也符合安全限值要求。这表明茶多酚抗菌复合物抗菌体系的引入未对饰面板的基本生产工艺参数与环保指标产生干扰。依据GB/T 34722—2025对饰面板外观质量的检验结果表明，饰面板板面未出现如污斑、鼓泡、分层、压痕或严重色差等缺陷，表面饰层完整、纹理清晰，外观质量整体优良。进一步对饰面板的表面性能进行测试，所有样品的表面耐磨性能及耐划痕性能均满足GB/T 34722—2025标准的要求。

表3　抗菌浸渍胶膜纸极及其饰面细木工板的性能检测结果

3  结论

本研究采用复凝聚-酶促交联技术制备茶多酚抗菌复合物（TPC），并将其引入三聚氰胺甲醛树脂体系，成功开发出抗菌饰面细木工板。主要结论如下：

1）成功制备了结构稳定、分散性良好的茶多酚抗菌复合物，该复合结构显著提升了茶多酚的热稳定性及其与三聚氰胺甲醛树脂的相容性。

2）当茶多酚抗菌复合物添加量为4%时，抗菌浸渍胶膜纸对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达99.99%，满足LY/T 1926—2020标准Ⅰ级抗菌要求。

3）所制备的抗菌饰面细木工板在外观质量、表面耐磨性和耐划痕性能方面均符合GB/T 34722—2025标准要求，表明茶多酚抗菌复合物的引入未对细木工板理化性能造成不利影响。

4）通过对天然抗菌成分进行结构稳定化处理并优化添加量，可实现抗菌功能与材料使用性能的协调统一，为绿色抗菌饰面材料的开发提供了可行技术路径。想了解更多木业信息，欢迎关注木材之家mucaizhijia.com。