本发明属于竹材加工，具体涉及一种高强度、尺寸稳定的防霉竹材的制备方法及其应用。
背景技术：
1、竹材作为一种天然可再生的生物质材料，因其生长速度快、资源丰富和强度高而被广泛应用于建筑、家具等领域。其不仅缓解了木材市场供需矛盾，而且还作为一种碳储存介质，对减少二氧化碳排放和减缓气候变化具有重要的实际意义，因此受到了极大的关注。然而，竹材本身具有吸湿性并含有大量多糖、蛋白质等营养物质，为微生物的繁殖和生长提供了条件，导致材料表面霉变、尺寸变形和机械性能退化，霉变甚至会引起人体出现过敏和感染，严重威胁身体健康和安全。
2、目前，常见的竹材防霉手段主要包括化学浸渍法和生物防治法。化学浸渍法通过将竹材浸泡于防霉剂溶液中，使其渗透至竹材内部以实现防霉。这些防霉剂大多含有铜、铬、砷、五氯酚等成分，对人体健康和环境都会造成不利影响，且工艺条件复杂，可能阻碍工业适用性。热处理法是指通过高温作用(通常高于220℃)，来减少竹材结构中包含的淀粉等营养物质含量，从而阻止霉菌生长。然而，该方法易造成材料机械性能损失，且热处理工艺需较高能耗，制约了其应用。生物防治法主要包括利用真菌、细菌等微生物或天然提取物对竹材进行功能改性，其处理条件温和、耗能低，对环境无污染，因此受到了广泛关注。但是天然防霉剂存在成本高、防霉效果不稳定，规模化生产困难等问题。
3、无机纳米颗粒是一类新型材料，由于其独特的纳米性质，在化工、生物、能源等领域得到了广泛的应用。金属纳米颗粒(ag,cu,zn)和光催化纳米材料(tio2，zno)由于其广谱抗菌效果和光催化氧化能力而成为有前途的抗菌候选材料。然而，无机纳米抗菌剂面临着关键的技术限制：(1)固有的团聚现象严重影响了分散的稳定性。(2)与基质的弱界面结合导致纳米颗粒脱落，导致抗菌效果快速衰减。这些限制共同阻碍了持久保护涂层的形成，从而限制了其在竹改性中的绿色工程应用。由天然聚合物和无机纳米颗粒组成的生物基无机纳米复合材料通过多尺度协同作用解决了这些问题。聚合物基质通过氢键和π-π堆叠相互作用促进纳米颗粒的稳定，同时增强了机械性能和尺寸稳定性。关键是，杂化涂层具有持久的抗菌性能和优异的疏水性。这种方法可以最大限度地减少金属纳米颗粒在环境中的损失，符合绿色发展的要求。此外，目前利用防霉剂对竹、木材进行改性的方法通常采用浸渍法，由于要保证竹材全部浸润在防霉水溶液中，往往需要采用更多抗菌防霉水溶液，造成溶液利用率低。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度、尺寸稳定的防霉竹材的制备方法及其应用，该方法制备的竹材霉变防护效果好，且增强材料力学性能、尺寸稳定性，处理方法绿色、高效，能够适应工业生产。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度、尺寸稳定的防霉竹材的制备方法，该方法为：
3、s1、截取地面根基1m以上的竹材，刨去竹青和竹黄，根据需求切割后，得到板材；
4、s2、将s1中得到的板材切割成毛坯尺寸，如桌面、椅腿等部件的初步形状，然后进行刨平、开槽、雕刻，得到毛坯竹材；
5、s3、用除毛刺工具去除s2中得到的毛坯竹材的毛刺，用水冲洗除尘后，烘干，得到待处理竹材；
6、s4、在温度为80℃的条件下，将s3中得到的待处理竹材置于碱预处理液中浸渍处理后，用去离子水清洗，干燥后，得到碱预处理后的竹材；
7、本发明通过碱预处理，可以去除竹材中部分营养成分，致使竹材孔隙变大，碱预处理后的竹材无糖分、无淀粉、内部存在纤维孔型，使得供霉菌生长的营养物质减少，一定程度上抑制了霉菌的生长，提高了竹材的防霉能力。此外，碱处理能够大量暴露纤维素中的羟基基团，为后续喷涂cs/ta/ag的锚定提供条件，从未在竹材表面通过键合形成稳定、紧密、均匀的交联结构，填充竹材的天然缺陷，提高材料的力学性能合尺寸稳定性；
8、s5、将壳聚糖(cs)溶于乙酸水溶液中，得到壳聚糖乙酸溶液，然后分散于蒸馏水，调节ph值至4.8～5.0，然后加入agno3和单宁酸(ta)，在室温的条件下搅拌后，得到壳聚糖-单宁酸-银生物基有机无机杂化防霉剂防霉剂(简称cs/ta/ag)；
9、本发明通过碱预处理和壳聚糖/单宁酸/银生物基有机无机杂化体系的协同作用，显著提升竹材的防霉性能、尺寸稳定性和力学性能；
10、在酸性条件下，壳聚糖的氨基(-nh2)质子化为-nh3+，通过静电吸附作用与单宁酸中的酚羟基结合；同时壳聚糖分子链上的氨基羟基(-oh)通过氢键作用与单宁酸的酚羟基(-oh)之间形成密集的氢键网络；单宁酸具有的儿茶酚基团，将银离子原位还原为银颗粒(ag)，并通过静电作用和配位键作用锚定在壳聚糖长链中，提高银颗粒在体系中的分散性，并提高其抗流失性；本发明中单宁酸和壳聚糖均为天然高分子材料，避免了传统化学还原剂(如硼氢化钠)的毒性问题，单宁酸的多酚结构既可还原ag+，又能通过封端效应限制颗粒生长，从而获得超小尺寸、和高密度的银粒，使其发挥优异的抗菌作用。此外，原位还原形成的银粒通过化学键固定在壳聚糖中，避免了颗粒的迁移和聚集。cs/ta/ag作为增强相扩大了竹材的界面面积，有效传递和分散了应力，形成更均匀的应力分布，提高了材料的力学性能。同时，银颗粒通过释放银离子和活性氧(ros)，促使细胞通透性增加、内容物泄漏，有效抑制霉菌生长；
11、s6、利用喷枪将s5中得到的壳聚糖-单宁酸-银生物基有机无机杂化防霉剂喷涂在s4中得到的碱预处理后的竹材的表面，然后在80℃的条件下干燥10min～15min；共循环进行喷涂和干燥的处理8次，最后1次干燥在温度为103℃的条件下干燥7h～8h，得到高强、尺寸稳定的防霉竹材；
12、所述喷涂的条件为：空气压力为0.5mpa，喷涂距离为20cm～50cm；
13、将所述高强、尺寸稳定的防霉竹材组装成成品，组装方式可通过榫卯、螺丝或者胶合。
14、本发明还提供了上述的制备方法制备的高强度、尺寸稳定的防霉竹材的应用，所述高强度、尺寸稳定的防霉竹材用于制备桌椅类家具、厨房餐具。
15、本发明在竹材表面通过精密喷涂原位沉积壳聚糖-单宁酸-银(cs/ta/ag)生物基有机无机杂化防霉剂。
16、本发明采用喷涂工艺将生物基无机复合防霉剂固定于竹材表面，节约用量，降低成本并适用于大规模工业生产。
17、优选地，s1中所述竹材为3～5年生的毛竹。
18、优选地，s3中烘干的温度为60℃～100℃，烘干的时间为12h～24h。
19、优选地，s4中所述碱预处理液为质量分数为4％的氢氧化钠水溶液，浸渍处理的时间为30min～40min。
20、优选地，s4中碱预处理后的竹材的含水率为8％～12％。
21、优选地，s5中所述乙酸水溶液为质量分数为2％的乙酸水溶液。
22、优选地，s5中搅拌的时间为10h～12h。
23、优选地，s5中所述壳聚糖-单宁酸-银生物基有机无机杂化防霉剂中壳聚糖的终浓度为1g/l～5g/l，单宁酸的终浓度为1g/l～10g/l；所述硝酸银与单宁酸的摩尔比为1：15。
24、优选地，s6中所述高强度、尺寸稳定的防霉竹材的断裂模量为178.18mpa～187.23mpa，弹性模量为6.97gpa～7.55gpa；所述高强度、尺寸稳定的防霉竹材在28℃、相对湿度85％的模拟环境条件中28天，对桔青霉的防治效力为82.50％～93.75％，对桔青霉的防治效力为100％。
25、本发明与现有技术相比具有以下优点：
26、本发明首先通过碱性溶液预处理，去除竹子中的营养物质；然后在竹材表面通过精密喷涂原位沉积壳聚糖-单宁酸-银(cs/ta/ag)生物基有机无机杂化防霉剂。与浸渍相比，喷涂工艺操作简便、药剂利用率高，适应规模化生产。本方法制备的竹材具备防霉效果优异、抗流失效果显著、适应大规模工业生产和成本低廉等优点，并增强竹材力学性能和尺寸稳定性，能够有效地解决竹材在高湿或户外环境易发霉腐朽的问题。
27、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。