張立娟（金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

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抗菌塑料的研究進(jìn)展簡(jiǎn)述

張立娟
（金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

摘 要：介紹了無(wú)機(jī)、有機(jī)和天然生物三類(lèi)抗菌劑，重點(diǎn)介紹了無(wú)機(jī)抗菌劑的種類(lèi)和應(yīng)用現(xiàn)狀；對(duì)比了五種常用抗菌塑料制備方法，直接添加法、抗菌母粒法、表面黏合法、層壓法和后加工處理法；針對(duì)國(guó)內(nèi)外抗菌塑料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單介紹了最常用的評(píng)價(jià)抗菌性能的兩個(gè)指標(biāo)，抗菌率和抑菌環(huán)；最后對(duì)抗菌塑料的發(fā)展做了一些展望。

關(guān)鍵詞：抗菌塑料；抗菌劑；應(yīng)用

隨著塑料的廣泛使用，塑料制品已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶和人們生活的方方面面，如食品包裝、家用電器、廚衛(wèi)用品、汽車(chē)配件和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。日常生活中塑料制品表面往往會(huì)帶有大量的細(xì)菌，成為疾病傳染的媒介，對(duì)于人類(lèi)的健康和生命產(chǎn)生很大的威脅?？咕芰献鳛橐环N新型功能材料，可從根源解決細(xì)菌感染問(wèn)題，進(jìn)而提高人們健康水平。而近些年來(lái)頻繁出現(xiàn)的疫情，如2003年的SARS、2009年的H1N1流感和2015的埃博拉病毒等，更是讓人們認(rèn)識(shí)到發(fā)展抗菌塑料的緊迫性[1]。

顧名思義，抗菌塑料就是在塑料中加入一定量的抗菌劑，使其具有抗菌性能，同時(shí)又不損失其原有的常規(guī)性能和加工性能。理想的抗菌塑料應(yīng)具有高效、長(zhǎng)效、廣譜、安全無(wú)毒無(wú)刺激等性能，抗菌劑的種類(lèi)和加工工藝將直接決定最終產(chǎn)品的使用性能，從安全角度講，人們希望加入少量的抗菌劑而達(dá)到高效的抗菌性能。

本文綜述了近幾年來(lái)抗菌劑的研究發(fā)展?fàn)顩r、抗菌塑料的制備方法及其性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)抗菌塑料的今后發(fā)展做了一些展望。

1 抗菌劑的研究

目前，抗菌劑主要分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和天然生物抗菌劑三大類(lèi)?？咕鷦┑姆N類(lèi)和加工能力是決定抗菌塑料制備的關(guān)鍵因素，以下分別對(duì)三種抗菌劑加以闡述，對(duì)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的無(wú)機(jī)抗菌劑進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明。

1.1 無(wú)機(jī)抗菌劑

常用的無(wú)機(jī)抗菌劑可以分為金屬元素抗菌劑和光催化型抗菌劑兩大類(lèi)。傳統(tǒng)的金屬元素抗菌劑主要有Ag、Cu和Zn等金屬及其化合物，Ag、Cu和Zn三種元素的抗菌性依次減弱[2]。目前我國(guó)主要使用銀系抗菌劑，而美國(guó)主要采用銅系抗菌劑。銀在一定波長(zhǎng)的照射下可作為催化活性中心，在其周?chē)臻g產(chǎn)生氧原子，由氧原子的強(qiáng)氧化性起到殺菌的作用。光催化型抗菌劑是以銳鈦礦型的半導(dǎo)體氧化物，如TiO2、ZnO以及SiO2等。

目前無(wú)機(jī)抗菌劑的研究重點(diǎn)集中于抗菌劑的納米化，研究發(fā)現(xiàn)抗菌劑粒子的抗菌性能隨著粒徑的減小而提高[3]。目前，在生物醫(yī)療器械制備領(lǐng)域，納米銀抗菌劑已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，并且已有大量產(chǎn)品應(yīng)用生物醫(yī)用材料和醫(yī)用耗材[4]。而對(duì)于半導(dǎo)體氧化物，其吸收光能后，納米粒子可生成離子―空穴對(duì)，離子―空穴對(duì)與表面吸附的水、空氣反應(yīng)，將OH-轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)活性很強(qiáng)的氫氧自由基（·OH）和超氧化物陰離子自由基，這些高活性自由基可用來(lái)殺死微生物[5-6]。

無(wú)機(jī)抗菌劑優(yōu)點(diǎn)是具有安全性、持久性、耐熱性，并且制備工藝簡(jiǎn)單，加工過(guò)程主要是利用離子交換或物理吸附等方法將其固定在多孔蜂窩形狀的載體上，如沸石、活性炭和硅膠等[7-8]。鑒于塑料的加工工藝，即加工過(guò)程需要較高的溫度，無(wú)機(jī)抗菌劑的耐熱性是其能夠大批量的應(yīng)用于工業(yè)化大批量制備抗菌塑料的關(guān)鍵。

1.2 有機(jī)抗菌劑

有機(jī)抗菌劑主要指合成有機(jī)抗菌劑，其突出特點(diǎn)是種類(lèi)多、針對(duì)性強(qiáng)等，常見(jiàn)有機(jī)抗菌劑種類(lèi)有季銨鹽類(lèi)、雙肌類(lèi)、醇類(lèi)、酚類(lèi)、有機(jī)金屬類(lèi)、毗陡類(lèi)、咪哇類(lèi)、唾吩類(lèi)等。有機(jī)抗菌劑在抗菌塑料加工工業(yè)中使用量較少，因其耐熱性差，只能在300℃以下使用，在塑料加工成型過(guò)程中易分解，喪失抗菌效果。1.3 天然抗菌劑

天然抗菌劑主要來(lái)源于動(dòng)植物，如薄荷、檸檬葉提取物，節(jié)肢動(dòng)物提取物甲殼素脫乙?；频玫臍ぞ厶?，其中殼聚糖是目前的研究熱點(diǎn)[9]，它具有良好的生物相容性和可降解性，對(duì)人體無(wú)害。對(duì)于殼聚糖的抗菌機(jī)理，目前主要有兩種理論：一是殼聚糖分子中的NH3+帶正電，吸附在細(xì)胞表面，形成一層高分子膜，阻止細(xì)胞內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸；另一理論為殼聚糖使細(xì)胞膜和細(xì)胞壁上的正負(fù)電荷分布不均，破壞細(xì)胞壁的合成與溶解平衡，溶解細(xì)胞壁，從而起到抗菌作用[10]。

2 抗菌塑料的制備

抗菌塑料加工的關(guān)鍵在于提高抗菌劑在塑料中的分散性、相容性以及在制備過(guò)程中的穩(wěn)定性[11]?？咕芰仙a(chǎn)工藝復(fù)雜，不僅需要滿足塑料本身應(yīng)該具備的機(jī)械性能、耐老化性能、化學(xué)性能等，同時(shí)需具備抗菌功能，常用抗菌塑料制備方法有直接添加法、抗菌母粒法、表面黏合法、層壓法和后加工處理法等[12]。

直接添加法和抗菌母粒法主要應(yīng)用于抗菌塑料粒子，即原材料制備。塑料粒子加工過(guò)程主要分為混料和擠出工序，在混料段可直接將抗菌劑或抗菌母粒加入高混機(jī)，通過(guò)物理手段使抗菌劑同其他材料充分混合，提高抗菌劑在塑料中的分散性。表面黏合法、層壓法和后加工處理法主要應(yīng)用于抗菌產(chǎn)品成型過(guò)程中，根據(jù)最終抗菌產(chǎn)品的加工過(guò)程選擇不同的方法，如表面黏合法是在通過(guò)在成型模具表面噴灑抗菌劑使產(chǎn)品表面黏附抗菌劑，后加工處理法是對(duì)塑料制品進(jìn)行表面處理，目前可采用的方法主要有噴鍍法和真空濺射表面噴鍍法[12]，但設(shè)備成本較高，不利于工廠大批量生產(chǎn)。分析抗菌塑料的加工過(guò)程可知，表面粘合法抗菌劑的用量更少，可有效降低生產(chǎn)成品，但抗菌劑僅存在與材料表面其抗菌功能的穩(wěn)定性和長(zhǎng)效性較差。

母粒法是目前最常用的制備方法[13-14]，該方法借鑒于色粉母粒、玻纖母粒的加工方法，通過(guò)兩步加工法將抗菌劑添加至塑料基體中。首先將抗菌劑和基體樹(shù)脂充分混合，然后利用螺桿擠出機(jī)造粒，制備抗菌母粒，在批量化生產(chǎn)過(guò)程中，將抗菌母粒與樹(shù)脂再次混合，擠出并造粒。抗菌母粒中抗菌劑的濃度是最終抗菌塑料制品中濃度的25到50倍[15]。相較于直接添加法，抗菌劑的分散效果更好，同時(shí)抗菌劑同塑料基體的相容性有所改善[16]。

3 抗菌塑料的性能檢測(cè)

抗菌塑料是具備抗菌功能的塑料，需要同時(shí)達(dá)到作為塑料使用時(shí)的性能要求和抗菌要求。本文只關(guān)注抗菌塑料的抗菌性能檢測(cè)。

目前國(guó)內(nèi)外抗菌塑料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要有ASTM E 2149(2010)、ISO 22196(2007)、JIS Z 2801(2006)、QB/T 2591(2003)、JC/T 939(2004)和GB21551.1(2008)。

根據(jù)抗菌塑料的親疏水性、形態(tài)結(jié)構(gòu)和抗菌劑的類(lèi)型，可運(yùn)用不同的測(cè)試方法[17]。檢測(cè)方法主要是根據(jù)微生物對(duì)樣品敏感程度來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。

最常用的評(píng)價(jià)抗菌性能的兩個(gè)指標(biāo)是抗菌率和抑菌環(huán)。

抗菌率的計(jì)算見(jiàn)式（1），是一種定量表征的測(cè)試方法，主要有振蕩法和貼膜法，其中貼膜法用于表面平整試樣的性能測(cè)定，而振蕩法則用于表面不規(guī)則樣品或是塑料母粒的抗菌性能測(cè)定。

抗菌率/ %＝（空白試樣上的菌數(shù)－抗菌試樣菌數(shù)）/空白樣菌數(shù)×100 式（1）抗菌環(huán)是一種半定量式表征方法，通過(guò)測(cè)量抗菌環(huán)的大小來(lái)評(píng)價(jià)抗菌能力的強(qiáng)和弱，該方法簡(jiǎn)便快速，但是對(duì)于不同的抗菌劑，數(shù)據(jù)的可比性較差，實(shí)際使用的過(guò)程中存在一定的局限性[18]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

抗菌塑料，尤其是納米抗菌塑料作為國(guó)家重點(diǎn)支持的新材料產(chǎn)業(yè)，在近幾年得到了快速發(fā)展，目前僅抗菌聚丙烯年消耗量就已超過(guò)5萬(wàn)噸，隨著人們環(huán)境和健康意識(shí)的增強(qiáng)，抗菌塑料的需求量會(huì)越來(lái)越大。在過(guò)去的三十年里，抗菌劑的研究取得了一定的成果，但研發(fā)高效廣譜、安全無(wú)毒、效果持久的抗菌劑仍是一個(gè)重要課題，是推動(dòng)抗菌塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的必要條件?？咕芰霞庸し矫妫柙诳咕噶＜庸し绞降幕A(chǔ)上開(kāi)發(fā)更加成本低廉、綠色無(wú)毒的加工方法，才能為抗菌塑料的制備帶來(lái)新的變革?？咕Ч脑u(píng)價(jià)方面， 目前存在諸多方法，難于進(jìn)行橫向比較不利于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)評(píng)估，因此發(fā)展一個(gè)簡(jiǎn)單易行的統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

抗菌塑料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是高科技發(fā)展應(yīng)用于提升人類(lèi)生活品質(zhì)的典型案例，需要從抗菌劑、加工工藝和評(píng)價(jià)手段等方面不斷提升，以制備抗菌效果更加優(yōu)良的塑料產(chǎn)品，從而減少細(xì)菌感染，為保護(hù)全民健康提供保障。

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Briefly Introduction of Progress in Antibacterial Plastics

ZHANG Li-juan
（Kingfa Sci.&Tech.co.Ltd., Shanghai 201714, China）

Abstract:Three kinds of antibacterial agents were introduced in this paper, including inorganic, organic and natural chemicals, and it was focused on the types and applications of inorganic antibacterial agents. Five common methods to prepare antibacterial plastic were compared, including the direct addition method, antimicrobial masterbatch method, surface sticky method, lamination and post-processing method. According to the domestic and international standards, a brief introduction to the two most used indicators of antimicrobial performance, antibacterial rate and inhibition zone, were given here. Finally the prospects on the development of antimicrobial plastics was showed.

Key words:antibacterial plastic; antibacterial agent; application

作者簡(jiǎn)介：張立娟（1987~），女，碩士，助理工程師；主要從事塑料檢測(cè)的研究。ljzhang0417@163.com

收稿日期：2015-10-30

文章編號(hào)：1009-220X(2016)01-0076-04

DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20160111

中圖分類(lèi)號(hào)：320.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A