抗菌塑料的研究與應(yīng)用

抗菌塑料的研究與應(yīng)用

高性能和功能化是當(dāng)前新材料發(fā)展的兩個(gè)方面。塑料是四大工程材料之一,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通、通訊、醫(yī)療及日常生活等領(lǐng)域中的每一個(gè)角落?？咕芰献鳛橐活惥哂刑厥夤δ艿男滦退芰?在近10余年內(nèi)得到了迅速發(fā)展?？咕芰鲜且活愒谑褂铆h(huán)境中本身對(duì)沾污在塑料上的細(xì)菌、霉菌、醇母菌、藻類甚至病毒等起抑制或殺滅作用的塑料,通過(guò)抑制微生物的繁殖來(lái)保持自身清潔。目前,抗菌塑料主要通過(guò)在普通塑料中添加少量抗菌劑的方法獲得。本文對(duì)抗菌塑料基本性質(zhì)、發(fā)展過(guò)程、應(yīng)用領(lǐng)域和國(guó)內(nèi)外發(fā)展最新情況等作一簡(jiǎn)要介紹。1特殊功能的要求以及產(chǎn)生原因抗菌塑料使用中首先要滿足塑料作為基本材料使用時(shí)對(duì)其物理、化學(xué)、機(jī)械等性能的必要要求,同時(shí)要考慮具備抗菌這一特殊功能的要求以及由此產(chǎn)生的附加因素。因此,抗菌塑料要有良好的力學(xué)強(qiáng)度、外觀、化學(xué)穩(wěn)定性,良好的可加工性。在抗菌性方面,要求抗菌塑料能夠適應(yīng)使用環(huán)境,并應(yīng)當(dāng)有高效、廣譜、長(zhǎng)效的抗菌性。由于抗菌塑料中含有少量抗菌劑,因此要求所用的抗菌劑達(dá)到規(guī)定的衛(wèi)生安全性,并使最終的抗菌塑料成品達(dá)到無(wú)毒、無(wú)異味、對(duì)環(huán)境無(wú)害的要求。2評(píng)價(jià)環(huán)保塑料性能的方法2.1拉伸性能測(cè)試抗菌塑料的常規(guī)性能,如熔體流動(dòng)速率、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長(zhǎng)率、缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、硬度、色度、表面光潔度等均按國(guó)家有關(guān)塑料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2.2可加工性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)抗菌塑料隨著用途不同,其加工工藝和加工方面的特性也不同。加工性能主要取決于所用塑料基料的性質(zhì),可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定熔體流變性進(jìn)行評(píng)價(jià),但更直接和重要的是進(jìn)行實(shí)際加工,從而得到可加工性的評(píng)價(jià)依據(jù)。對(duì)注塑、擠出工藝及材料加工性能的要求是很不一樣的。2.3德國(guó)的環(huán)保試驗(yàn)2.3.1抑菌圈的測(cè)定判定一種物質(zhì)是否有抗菌活性,通?？赏ㄟ^(guò)微生物學(xué)中抑菌圈實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行。定性上,抑菌圈法不能得出抗菌率的定量結(jié)果,抑菌圈的大小代表被測(cè)物質(zhì)抗菌力的強(qiáng)弱。這一方法具有快速簡(jiǎn)便的特點(diǎn),在抗生素等藥物篩選中也常使用。早期,有人使用這一方法來(lái)研究抗菌塑料的抗菌性。抑菌圈法不能得出抗菌率的定量結(jié)果。抑菌圈的大小雖在一定條件下可反映抗菌效果的好壞,但不同抗菌物質(zhì)之間,此數(shù)值的可比性較差。實(shí)驗(yàn)表明,有的抗菌塑料不形成明顯的抑菌圈。2.3.2抗菌性試驗(yàn)表面動(dòng)態(tài)測(cè)試法亦稱搖瓶法,振蕩試驗(yàn)法等。本法主要適用于抗菌織物表面抗菌活性的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)時(shí),將樣品在菌懸浮液中振蕩1小時(shí),使之充分接觸,然后將接觸前和接觸后的菌懸液進(jìn)行連續(xù)稀釋,并作細(xì)菌培養(yǎng),測(cè)定此種菌懸液中存活的細(xì)菌數(shù)。所算出的比原細(xì)菌數(shù)減少的百分率為此抗菌織物的抗菌效能。如果減少數(shù)為70%~100%,則抗菌效能是“成功的”,否則是“失敗的”。原紡織工業(yè)部發(fā)布的中華人民共和國(guó)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01021-92《織物抗菌性能試驗(yàn)方法》適用于各類經(jīng)抗菌處理的吸水性織物,不適用于拒水性織物。2.3.3抗菌性能的測(cè)定目前眾多抗菌測(cè)試方法中,貼膜法最接近于實(shí)際情況,是定量測(cè)定抗菌塑料抗菌性的試驗(yàn)方法。它反映了抗菌塑料的接觸抗菌原理,并在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中充分考慮了抗菌塑料的實(shí)際使用條件等外部因素,能較客觀地反映抗菌塑料抗菌功能。貼膜法先用細(xì)菌接觸樣品表面,覆膜保存24小時(shí)后,進(jìn)行活菌培養(yǎng)。比較空白樣的平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出抗菌塑料的抗菌率。試驗(yàn)菌種為金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和大腸桿菌(Escherichiacoli)。貼膜法由日本抗菌制品技術(shù)協(xié)議會(huì)(SIAA)在1995年提出,后又幾經(jīng)修改。工程塑料國(guó)家工程研究中心在此基礎(chǔ)上做了大量研究工作,并參照GB15979-1995《一次性使用衛(wèi)生用品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》在1998年制定了《抗菌塑料抗菌率測(cè)試方法(貼膜法)》的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好,數(shù)據(jù)可靠,在實(shí)踐中起到了很好的作用。貼膜法在日本適用于銀、銅、鋅等無(wú)機(jī)系抗菌劑所制成的抗菌塑料。但根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),如果被試樣品處理得當(dāng),此法同樣適用于用有機(jī)抗菌劑或有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合抗菌體系制成的抗菌塑料的測(cè)試。貼膜法要求被測(cè)試樣表面平滑,對(duì)表面凹凸或纖維等吸水性試樣不適用。2.3.4防霉菌指數(shù)2001年7月塑料防霉性測(cè)試可參照GB2423.16-1990《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)J:長(zhǎng)霉試驗(yàn)方法》,ISO846-1978(E)《塑料在真菌和細(xì)菌作用下的行為的測(cè)試——用直觀檢驗(yàn)法或用測(cè)量質(zhì)量或物性變化的方法評(píng)價(jià)》。工程塑料國(guó)家工程研究中心《抗菌防霉塑料防霉等級(jí)測(cè)試方法》(1999)中防霉測(cè)試用菌種有8種,包括黑曲霉(Aspergillusniger)、土曲霉(Aspergillusterreus)、出芽短梗霉(Aureobasidiumpullulans)、宛氏擬青霉(Paceilomycescarioti)、繩狀青霉(Penicilliumfunicolosum)、綠色木霉(Trichodermaviride)、赭綠青霉(Penicilliumochrochloron)、柄帚霉(Trichodermaviride)等,防霉等級(jí)分為0、1、2、3級(jí)。最高防霉等級(jí)是0級(jí),被試樣品在結(jié)果判斷時(shí),放大50倍觀察不到霉菌生長(zhǎng)。3抗菌活性材料的復(fù)合應(yīng)用抗菌塑料所用的抗菌添加劑一般分為有機(jī)系、無(wú)機(jī)系和天然抗菌劑。從本世紀(jì)中葉較多使用有機(jī)抗菌劑整理織物獲得抗微生物纖維制品,到80年代后無(wú)機(jī)系抗菌劑得到迅速發(fā)展和應(yīng)用,目前抗菌塑料的研制開發(fā)進(jìn)入了無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合抗菌的新時(shí)代。無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合方法和應(yīng)用的研究對(duì)于發(fā)揮此兩大類材料的抗菌特點(diǎn)很有意義。另外,在高分子鏈上直接引入抗菌化合物活性基團(tuán)的合成研究也越來(lái)越受到重視。這些新課題的研究將進(jìn)一步提高材料的抗菌性,對(duì)環(huán)保產(chǎn)生積極作用。工程塑料國(guó)家工程研究中心在去年向市場(chǎng)推出KHFS-Z25注塑級(jí)抗菌母料、KHFS-Z25E擠出級(jí)抗菌母料后,今年又推出KHDS-25TA透明抗菌母料(專用于PS透明制品)、KHAS-AF40抗菌防霉母料、KHFS-AG25F通用丙綸纖維級(jí)抗菌母料、KHFS-AG25SF超細(xì)丙綸纖維級(jí)抗菌母料,以及用于油漆、涂料、塑料、膠粘劑等的KHFS-Z50復(fù)合抗菌劑。這些最新產(chǎn)品是在趕超國(guó)際抗菌塑料研究開發(fā)前沿過(guò)程中不斷創(chuàng)新、服務(wù)于市場(chǎng)的結(jié)果。這在一定程度上帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的向前發(fā)展。4抗菌制品的市場(chǎng)筆者1999年7月訪問(wèn)日本時(shí)了解到,日本抗菌塑料的發(fā)展的確日新月異。目前參加日本抗菌協(xié)會(huì)的抗菌劑和抗菌塑料的生產(chǎn)和用戶等企業(yè)已達(dá)250家之多。日本抗菌劑市場(chǎng)的年生產(chǎn)銷售達(dá)280億日元,其中無(wú)機(jī)抗菌劑占60~80億日元。日本國(guó)內(nèi)全部抗菌制品的生產(chǎn)總額高達(dá)6000億日元。據(jù)日本同行估