全 文 ：塑 料 工 业 2013 年
* 广东省科技计划项目 (2010B010800041;2011B010400031;2011B020310002) ，广州市科技计划项目 (11A24060559)
＊＊ 联系人 jigan@ gdim. cn
作者简介:冯静，女，助理研究员，主要从事微生物及生物新材料相关研究。
HDPE基木塑复合材料的洁丽香菇腐朽研究*
冯 静1，施庆珊1，＊＊，黄小茉1，2，陈 娟2，陈仪本1，欧阳友生1，2
(1． 广东省微生物研究所 广东省华南应用微生物重点实验室———省部共建国家重点实验室培育基地
广东省微生物应用新技术公共实验室 广东省菌种保藏与应用重点实验室，广东 广州 510070;
2． 广东迪美生物技术有限公司，广东 广州 510663)
摘要:研究了褐腐真菌———洁丽香菇对不同纤维含量及添加不同抗菌防腐剂的 HDPE基木粉及竹粉填充的复合材
料的腐朽情况，观察了腐朽对材料质量及吸水性能的影响。结果表明，在洁丽香菇处理 12 周后，HDPE /木粉及
HDPE/竹粉复合材料均出现了质量损失，且损失随材料中纤维含量的增加而增加，但抗菌防腐剂的加入，可明显提高
木塑复合材料对腐朽真菌的抗性，减少其质量损失;同时，腐朽显著增加了材料的吸水性能，使其吸水率增加;木塑
材料的吸水率还受纤维含量及吸水温度的影响。
关键词:木塑复合材料;褐腐菌;洁丽香菇;质量损失;吸水性能
DOI:10. 3969 / j. issn. 1005－5770. 2013. 05. 019
中图分类号:TQ327. 8 文献标识码:A 文章编号:1005－5770 (2013)05－0078－05
Decay Effect of Lentinus Lepideus on HDPE Based Wood-plastic Composite
FENG Jing1，SHI Qing-shan1，HUANG Xiao-mo1，2，CHEN Juan2，
CHEN Yi-ben1，OUYANG You-sheng1，2
(1． Guangdong Institute of Microbiology，State Key Laboratory of Applied Microbiology，Ministry-Guangdong
Province Jointly Breeding Base of South China，Guangdong Open Laboratory of Applied Microbiology，Guangdong
Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application，Guangzhou 510070，China;
2． Guangdong Demay Biological Technology Co．，Ltd，Guangzhou 510663，China)
Abstract:To reveal the effects of brown-rot fungi Lentinus lepideus on wood-plastic composites (WPC)
based on HDPE，weight loss and water absorption of HDPE /wood and HDPE /bamboo composites with
different fiber content and different fungicide were investigated． The results showed that，L． lepideus caused
weight loss for both wood /HDPE and bamboo /HDPE composites after 12 weeks decay，and the weight loss
increased with increasing wood or bamboo content． However， fungicide can obviously improve the decay
resistance and then decreased the weight loss of WPC． Brown-rot fungi decay remarkably increased the water
absorption of WPC． Besides， the water absorption of WPC was also affected by fiber content and water
temperature．
Keywords: Wood-plastic Composite; Brown-rot Fungi; Lentinus Lepideus; Weight
Loss;Water Absorption
木塑复合材料 (WPC)是一类由天然纤维与热
塑性塑料构成的新型材料，兼具木与塑二者的优点，
目前被广泛用于建筑制品、户外装饰、机动、包装材
料及其他应用领域，具有广阔的市场应用前景。在木
塑复合材料生产和应用的早期，人们大多认为木塑材
料具有良好的真菌抗性，但在 WPC 的使用过程中，
人们逐渐发现，WPC 的真菌抗性并不如预期的那么
好。自 Morris 等［1］ 发现 WPC 的真菌繁殖和腐朽现
象以来，越来越多的研究者发现并对材料的真菌危害
进行了研究。Clemons 等［2］ 研究了 Gloeophyllum tra-
beum和 Trametes versicolor对木粉 /HDPE 的腐朽情况，
结果表明，在处理 12 周后，以木材组分为基准进行
·87·
第 41 卷第 5 期 冯 静，等:HDPE基木塑复合材料的洁丽香菇腐朽研究
计算，G. trabeum最高可使木 /HDPE的质量损失 6%。
Yildiz 等［3］ 则分别用 Coniophora puteana 及 Coriolus
versicolor处理松木 /ST、白杨 /ST、松木 /MMA、白杨
/MMA、松木 /ST /MMA 及白杨 /ST /MMA 复合材料。
结果表明，16 周后，几种 WPC 材料的质量均有下
降，幅度为 8. 05% ～ 37. 93%，随聚合物单体类型及
木粉含量的不同而变化。
吸水 (或吸湿)对木塑材料具有较大的影响，
一方面，吸水为真菌生长提供了良好的环境，从而直
接或间接加重了真菌对木塑材料的危害［4－6］。另一方
面，吸水自身也会降低材料的机械性能 (如切变强
度、极限伸长率、最大强度、拉伸性能和弯曲性能
等)［7－9］，降解材料中的纤维及纤维 －塑料基质界
面［10］，导致材料翘曲、膨胀等，因吸水引致的材料
机械性能的下降幅度甚至超过了真菌腐朽所导致的机
械性能损害［11］。
本文分别对不同纤维含量及含不同抗菌防腐剂的
60%纤维含量的 HDPE基木粉及竹粉填充的复合材料
进行了褐腐菌—洁丽香菇的腐朽试验，并对上述腐朽
试验后的样品进行吸水处理，以初步明确洁丽香菇对
HDPE基木塑复合材料的腐朽危害情况。
1 实验部分
1. 1 主要原材料
HDPE塑料基体、木粉、竹粉:购自市场，模压
成型后制得木塑复合材料;抗菌防腐剂:淄博五维实
业有限公司硼酸锌 (ZB) ;广东迪美生物技术有限公
司 ZD-4E、ZD-29E;上海壮景化工有限公司 WPC-
GUARD;褐腐菌洁丽香菇 (L. lepideus) :菌株编号
CFCC 5472，中国林业微生物菌种保藏管理中心。
1. 2 试样制备
木塑复合材料样品的配方组成见表 1。
1. 3 试验方法
腐朽试验参照 GB /T 13942. 1—2009 及 ASTM
D2017－2005 进行［12－13］。将洁丽香菇于 PDA 培养皿
上培养 7 ～ 10 d 后，分别用无菌打孔器切取直径 5
mm左右的菌丝块接入已放入饲木的河砂木屑培养基
中间部位，于 (28±2)℃、相对湿度 (RH)75% ～
85%的培养箱中培养至菌丝铺满培养基表面时，即可
放入 WPC试样。在 (28±2)℃、RH 75 ～ 85%条件
下培养 12 周后，将WPC试样取出，轻轻刮去表面菌
丝和杂质，在 (100±5)℃烘箱中烘至恒重后，按下
式计算试样的质量损失率。
试样质量损失率 /% = (m1 －m2)/m1 ×100% (1)
式中，m1 －腐朽试验前质量，g;m2 －腐朽试验后质
量，g。
表 1 木塑复合材料的配方组成
Tab 1 Formulation of wood-plastic composites
WPC样品 编号 配方组成
HDPE /木粉 1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
HDPE /木粉 (60 /40)
HDPE /木粉 (50 /50)
HDPE /木粉 (40 /60)
HDPE /木粉 (30 /70)
HDPE /木粉 (40 /60)+1. 5% ZB
HDPE /木粉 (40 /60)+0. 3% ZD-29E
HDPE /木粉 (40 /60)+0. 3% ZD-4E
HDPE /木粉 (40 /60)+1. 2%WPC-GUARD
HDPE /竹粉 9#
10#
11#
12#
13#
14#
15#
16#
HDPE /竹粉 (60 /40)
HDPE /竹粉 (50 /50)
HDPE /竹粉 (40 /60)
HDPE /竹粉 (30 /70)
HDPE /竹粉 (40 /60)+1. 5% ZB
HDPE /竹粉 (40 /60)+0. 3% ZD-29E
HDPE /竹粉 (40 /60)+0. 3% ZD-4E
HDPE /竹粉 (40 /60)+1. 2%WPC-GUARD
吸水试验按上述进行腐朽试验后的样品为供试样
品，以未经腐朽处理过的 WPC 试样为对照样品，参
照 GB /T 1934. 1—2009 进行［14］。将腐朽WPC样品及
对照样品分别置于 (100±5)℃烘箱中烘至恒重后，
称重并记录 (m0) ，然后再分别置于室温及 60 ℃水
浴锅做吸水处理，每隔一段时间后将样品取出，用吸
水纸轻轻吸去表面水分后，称重并记录 (mt)。按下
式计算试样的吸水率 A。
A /% = (mt－m0)/m0 ×100% (2)
2 结果与讨论
2. 1 洁丽香菇腐朽对 HDPE 基木粉填充复合材料质
量的影响
表 2 为 HDPE基木粉填充复合材料在洁丽香菇处
理 12 周后的质量损失率。由表 2 可知，HDPE /木粉
复合材料在洁丽香菇处理 12 周后，所有试样均出现
了质量损失，且损失率随纤维含量的增加而逐渐增
大，其中 50%以上木粉含量的试样，其质量损失明
显高于 40%木粉含量的试样，但 50%、60%及 70%
竹粉含量的 WPC 试样，其质量损失的差异则较小。
尽管木塑试样在腐朽处理后出现了一定程度的质量损
失，但与对照黄槿木材试样相比 (质量损失 31. 49%
±2. 39%) ，HDPE /木粉试样的质量损失率远低于黄
槿木试样，表明木塑材料对洁丽香菇的耐腐性能显著
强于木材试样。此外，在加入一定量的抗菌防腐剂
后，HDPE /木粉试样的质量损失率显著降低，与未
·97·
塑 料 工 业 2013 年
加防腐剂的 HDPE /木粉 (60 /40)相比，添加质量分
数 1. 5% ZB、0. 3% ZD-29E、0. 3% ZD-4E 及 1. 2%
WPC-GUARD的木粉 /HDPE，其质量损失率分别降
低了 46. 78%、36. 05%、56. 65% 及 28. 76%，表明
抗菌防腐剂的加入，显著提高了木塑材料的耐腐性，
降低了材料的质量损失。
表 2 HDPE /木粉及对照木材在洁丽香菇处理 12 周后的质量
损失率
Tab 2 Weight loss of HDPE /wood and control wood after 12
weeks decay with L． lepideus
试样编号 质量损失率 (平均数±标准差)/%
1# 1. 38±0. 05
2# 2. 20±0. 15
3# 2. 33±0. 27
4# 2. 60±0. 31
5# 1. 24±0. 19
6# 1. 49±0. 06
7# 1. 01±0. 12
8# 1. 66±0. 23
黄槿木 31. 49±2. 39
2. 2 洁丽香菇腐朽对 HDPE 基竹粉填充复合材料质
量的影响
表 3 为 HDPE /竹粉复合材料在洁丽香菇处理 12
周后的质量损失率。由表 3 可知，在洁丽香菇处理
12 周后，试样均出现了较高的质量损失，且损失率
随纤维的含量的增加而增大，但 50%、60%及 70%
竹粉含量的 WPC 试样，其质量损失差异不大。尽管
HDPE /竹粉在腐朽后的质量损失较大，但其质量损
失率仍然远低于对照黄槿木材试样 (质量损失率为
31. 49% ±2. 39%) ，表明即便纤维填充含量高的木塑
复合材料，其耐腐性能也远远优于木材试样。此外，
在加入抗菌防腐剂后，HDPE /竹粉试样的质量损失
率也大大降低，与未加防腐剂的 HDPE /竹粉 (60 /
40)相比，分别添加质量分数 1. 5% ZB、0. 3% ZD-
29E、0. 3% ZD-4E及 1. 2%WPC-GUARD的 HDPE /竹
粉，其质量损失率分别降低了 70. 81%、60. 86%、
66. 74%及 50%，表明抗菌防腐剂的加入，显著提高
了木塑复合材料的耐腐性能。
腐朽试验表明，木塑复合材料的耐腐性能与其纤
维含量密切相关。大致而言，纤维含量越高，材料的
耐腐性越差，质量损失越严重;反之，纤维含量越
低，则材料的耐腐性能越强，质量损失也就越低，这
与前人关于木塑材料的真菌耐久性与其纤维含量成反
比的研究结论相一致。如 Simonsen 等研究了不同木 /
塑比率木 /PP 和木 /HDPE复合物对 G. trabeum的真菌
耐久性，结果表明，随着木粉含量的增加，由
G. trabeum 引起的木塑材料的质量损失也相应增
大［15］。Verhey等也证明，随木粉含量的增加，由腐
朽真菌引起的松木 /PP 复合物的质量损失也相应增
加［16］。此外，Pendleton及 Schirp 等的研究结果也与
他们相似，认为在木粉含量越高时，由真菌引起的质
量损失越大［11，17］。
表 3 HDPE /竹粉及对照木材在洁丽香菇处理 12 周后的质量
损失率
Tab 3 Weight loss of HDPE /bamboo and control wood after
12 weeks decay with L． lepideus
试样编号 质量损失率 (平均数±标准差)/%
9# 2. 93±0. 02
10# 4. 42±0. 30
11# 4. 42±0. 14
12# 4. 76±0. 26
13# 1. 29±0. 21
14# 1. 73±0. 20
15# 1. 47±0. 82
16# 2. 21±0. 50
黄槿木 31. 49±2. 39
添加一定浓度抗菌防腐剂的 HDPE /木粉 (60 /
40)、HDPE /竹粉 (60 /40)的腐朽试验结果表明，
抗菌防腐剂的加入可提高 WPC 的耐腐性能，降低材
料的质量损失。相关研究也表明，2%的硼酸锌能防
止挤出成型 WPC的任何质量损失［17］，用硼酸预处理
过的 WPC能很好地抵抗真菌的入侵［20］。此外，壳聚
糖金属配合物如壳聚糖铜配合物 (CCC)等，对
WPC的真菌防腐也具有很好的功效，可以作为 WPC
的一种潜在防腐剂，3%的 CCC 处理的木 /HDPE 复
合物对腐朽真菌的耐腐性显著提高，防腐性能与用硼
酸锌处理的复合物防腐性相当［21］。上述试验结果表
明，在成型前向 WPC 中加入一定浓度的抗菌防腐
剂，是提高 WPC真菌抗性，延长其使用寿命的一个
有效方法。
2. 3 腐朽对 HDPE基木粉填充复合材料吸水性能的
影响
在洁丽香菇处理WPC试样 12 周后，分别对腐朽
试样在室温及 60 ℃下的吸水率进行了测试，并以未
经腐朽处理过的木塑复合材料为对照，以明确材料腐
朽对木塑复合材料的吸水性能有无影响。腐朽及对照
HDPE /木粉复合材料在室温及 60 ℃下的吸水率如图
1 所示，其中 1#、2#、3#及 4#木塑试样的对照试样分
别表示为 1#-CK、2#-CK、3#-CK及 4#-CK。
·08·
第 41 卷第 5 期 冯 静，等:HDPE基木塑复合材料的洁丽香菇腐朽研究
a－室温
b－60 ℃
图 1 腐朽及对照 HDPE /木粉复合材料的吸水率
Fig 1 Water absorption of decay and control HDPE /wood
composites
1－1#;2－1#-CK;3－2#;4－2#-CK;5－3#;6－3#-CK;
7－4#;8－4#-CK
从图 1 可知，无论在室温还是 60 ℃时，在相同
木粉含量及吸水时间时，腐朽 HDPE /木粉复合材料
的吸水率均显著高于未进行腐朽试验的对照试样。以
40%、50%、60%及 70%木粉含量的 WPC 试样吸水
6 d时的吸水率为例，在室温时，腐朽试样的吸水率
分别比对照试样高 351. 82%、305. 57%、215. 28%
及 143. 75%;而在 60 ℃时，腐朽试样的吸水率则分
别比 对 照 试 样 高 159. 56%、 74. 23%、 56. 37%、
58. 32%。结果表明，洁丽香菇对 HDPE /木粉的腐
朽，可以增加其吸水性能，使其吸水率变大。此外，
WPC试样的吸水性能也与试样的纤维含量相关，整
体表现为吸水率随纤维含量的增加而增加，但在 60
℃时，60%及 70%木粉含量的 HDPE /木粉试样，其
吸水率差异则相对较小。除上述因素外，WPC 试样
的吸水率还受水温的影响，相同木粉含量的 WPC 试
样，其在 60 ℃的吸水率明显高于室温下的吸水率，
如 40%、50%、60%及 70%木粉含量的对照 WPC试
样，在室温下吸水 6 d 后的吸水率分别为 1. 37%、
3. 41%、5. 63%及 9. 28%，而在 60 ℃时则分别为
3. 61%、10. 13%、14. 67%及 15. 21%。
2. 4 腐朽对 HDPE基竹粉填充复合材料吸水性能的
影响
图 2 为腐朽及对照 HDPE基竹粉填充木塑试样在
室温及 60 ℃时的吸水率，其中 9#、10#、11#及 12#木
塑试样的对照试样分别表示为 9#-CK、10#-CK、11#-
CK及 12#-CK。由图可知，无论在室温还是 60 ℃时，
在相同竹粉含量及吸水时间时，腐朽 HDPE /竹粉复
合材料的吸水率均高于未进行腐朽试验的对照试样，
以 40%、50%、60%及 70%竹粉含量的 WPC试样吸
水 6 d后的吸水率为例，在室温时，腐朽试样的吸水
率分别比对照试样高 60. 88%、77. 92%、59. 06%及
71. 47%;而在 60 ℃时，腐朽试样的吸水率则分别比
对照试样高 21. 85%、24. 60%、23. 62%及 40. 86%。
上述结果表明，洁丽香菇腐朽增加了 HDPE 基竹粉
填充复合材料的吸水性能，从而导致其吸水率增加。
此外，HDPE /竹粉复合材料的吸水率也随竹粉含量
的增加而逐渐增大，但 60%及 70%竹粉含量的试样，
其吸水率差异则不大。同时，相同竹粉含量及吸水时
间的 HDPE /竹粉试样，其在 60 ℃时的吸水率显著高
于室温时的吸水率。依然以吸水 6 d 后的吸水率为
例，40%、50%、60%及 70%竹粉含量的对照 WPC
试样，在室温下的吸水率分别为 1. 78%、4. 62%、
6. 84%及 6. 45%，而在 60 ℃时的吸水率则分别为
6. 91%、9. 43%、11. 05% 及 10. 99%。结果表明，
WPC试样的吸水率不仅与纤维含量相关，也与所处
吸水环境的温度相关，高温可加快 WPC 的吸水
速率。
HDPE基木粉及竹粉填充复合材料的吸水试验结
果表明，由洁丽香菇引起的腐朽会对 WPC 材料的吸
水性能造成不利影响，使其吸水率增加。无论是在室
温还是在 60 ℃时，HDPE /木粉、HDPE /竹粉复合材
料的吸水率 (在达最大吸水率前)均随吸水时间及
纤维含量的增加而逐渐增大，这与 Adhikary［22］、李
珊珊［23］ 及张东辉等［24］ 的研究结论相一致。WPC
吸水率随木粉含量增加而增加的原因在于，随着木粉
含量的增加，木粉在基体中分散困难，容易产生团聚
现象，使材料的孔洞与裂纹增多，从而增加材料的吸
水性能;此外，木粉含量的增加使亲水自由—OH 的
数量增多，也增加了材料的吸水性［25］。与未进行腐
朽试验的对照试样相比，腐朽试样的吸水率更高，表
现为腐朽试样的吸水率显著高于对照试样的吸水率。
关于这一现象的原因，我们认为一方面是由于腐朽菌
菌丝及孢子在材料表面的生长，破坏了材料的表面涂
层，使其产生大量缝隙，有利于水分的渗透;另一方
·18·
塑 料 工 业 2013 年
面，菌丝及孢子在材料内部的生长，也会导致木质纤
维与塑料基质界面处的孔洞和裂纹增大，这也增加了
材料对水分的吸收。
a－室温
b－60 ℃
图 2 腐朽及对照 HDPE /竹粉复合材料的吸水率
Fig 2 Water absorption of decay and control HDPE /bamboo
composites
3 结论
1)褐腐真菌———洁丽香菇对 HDPE 基木粉及竹
粉填充复合材料均造成了腐朽危害，使其出现一定的
质量损失，且质量损失随材料中纤维含量的增加而逐
渐增大。
2)一定浓度的抗菌防腐剂的加入，可显著降低
HDPE基木塑复合材料因洁丽香菇腐朽而引致的质量
损失，提高材料自身的耐腐性能。
3)无论在室温还是 60 ℃ 时，腐朽均增加了
HDPE基木塑复合材料的吸水性能，使其吸水率增
加。此外，木塑复合材料的吸水率随纤维含量的增加
而增加，而高温也会加快材料的吸水速率。
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(本文于 2013－01－05 收到)
东丽决定提升泰国尼龙 66 纤维产能
日本东丽株式会社 4 月 16 日宣布，决定增加在泰国的汽车安全气囊用尼龙纤维生产能力。
新工厂将尼龙 66 纤维增加产能约 7 000 t，计划于 2015 年 1 月开始运作。投产后其在泰国的尼龙 66 纤维
产能将提高 40%至 2. 3 万 t / a，全球产能将达 3. 2 万 t / a。
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