趙凱

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)聚乙烯樹(shù)脂醫(yī)學(xué)用品在潮濕環(huán)境下易受微生物感染的問(wèn)題，用聚乙烯樹(shù)脂（PE）與改性納米氧化鋅共混制備了抗菌復(fù)合膜。通對(duì)改性前后納米氧化鋅抗菌復(fù)合膜力學(xué)、抗菌、透光和濕透性能的測(cè)定，得到的具體結(jié)論為：改性納米氧化鋅的加入對(duì)復(fù)合膜力學(xué)性能、抗菌性能皆有明顯提高，但對(duì)透明度和透濕性影響不大。改性納米氧化鋅含量為0.3wt%時(shí)，復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸率最高為20.33MPa和578.12%。當(dāng)改性納米氧化鋅含量為0.8wt%時(shí)，復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率最高可達(dá)91.58%和95.79%。當(dāng)改性納米氧化鋅含量為0.5wt%時(shí)，最小透濕值為9.37g/m2·24h。

關(guān)鍵詞：聚乙烯樹(shù)脂;納米氧化鋅;抗菌;PE膠制備

中圖分類號(hào)：TQ427.2+6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-5922（2021）07-0067-04

Preparation and Application of Nano-zinc Oxide Antibacterial PE Adhesive for Medical Nursing

Zhao Kai

（Harrison International Peace Hospital， HengShui 053000， China）

Abstract：In order to solve the problem that traditional polyethylene resin medical products are susceptible to microbial infection in humid environment， the antibacterial composite film was prepared by blending polyethylene resin （PE） with modified nano ZnO. Through the determination of mechanical properties， antibacterial properties， light transmittance and moisture permeability of nano ZnO antibacterial composite membrane before and after modification， the specific conclusion is that the addition of modified nano ZnO can significantly improve the mechanical properties and antibacterial properties of the composite membrane， but has little effect on the transparency and moisture permeability. When the content of modified nano ZnO is 0.3wt%， the tensile strength and breaking tensile ratio of the composite film are 20.33MPa and 578.12%， respectively. When the content of modified nano ZnO was 0.8wt%， the antibacterial rates of the composite film against Escherichia coli and Staphylococcus aureus were 91.58% and 95.79%， respectively. When the content of modified nano ZnO is 0.5wt%， the minimum moisture permeability is 9.37g/m2·24h.

Key words：polyethylene resin; nano zinc oxide; antibacterial; preparation of PE adhesive

隨著我國(guó)醫(yī)學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大家對(duì)醫(yī)學(xué)用品安全性能的關(guān)注也隨之提高。聚乙烯樹(shù)脂（PE）作為制造靜脈輸液相關(guān)產(chǎn)品的主要材料，具有降低輸液不良反應(yīng)幾率等優(yōu)點(diǎn)。但是，聚乙烯樹(shù)脂因?yàn)槠洳牧系奶厥庑?，存在潮濕環(huán)境下易受微生物感染的問(wèn)題，因此對(duì)于聚乙烯樹(shù)脂（PE）的抗菌改性進(jìn)行研究是十分必要的。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)聚乙烯樹(shù)脂改性還停留在初級(jí)階段，只局限于聚乙烯同類用品改性，如：馬榮秀（2020）嘗試用海藻酸鈉對(duì)聚乙烯醇進(jìn)行改性，證實(shí)經(jīng)過(guò)改性的聚乙烯醇具有良好的力學(xué)性能和生物相容性[1];楊靜（2020）則對(duì)超高分子量聚乙烯膜的物理改性、化學(xué)改性、光接枝改性以及表面活性劑改性方法作出研究，并分析了經(jīng)過(guò)改性后的聚乙烯樹(shù)脂在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用[2]。以上專家的研究成果表明，改性是以一種有效提高醫(yī)用材料性能的方式。因此，本研究嘗試以聚乙烯樹(shù)脂和改性納米鋅為原料，以求制備一種新型抗菌醫(yī)用復(fù)合材料，提高以聚乙烯樹(shù)脂為原料的醫(yī)學(xué)用品的安全性能。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

本試驗(yàn)主要材料：納米氧化鋅（宣城晶瑞新材料有限公司，工業(yè)純）、硅烷偶聯(lián)劑（廣州市中杰新材料有限公司，KH550）、乙醇（上?；洑J化工有限公司，工業(yè)級(jí)）、聚乙烯樹(shù)脂（PE）（上海超旋化工科技有限公司，一級(jí)）。

主要設(shè)備：超聲波發(fā)生器（哈曼超聲波科技有限公司，KQ-3000V）、磁力攪拌器（冠森生物科技有限公司，JB-A）、真空干燥箱（常州市明豐干燥設(shè)備有限公司，DZF-6021）、HAAKE流變儀（廣東晟澤科技有限公司，Mars）、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（協(xié)強(qiáng)儀器制造有限公司，CTM2050）。

1.2 試樣制備

1.2.1 納米氧化鋅表面改性

將一定量納米氧化鋅放置于燒杯中，取定量乙醇水溶液放入裝有納米氧化鋅的燒杯中。將燒杯放置于KQ-3000V型超聲波發(fā)生器中進(jìn)行處理，處理溫度和時(shí)間分別為：30℃和30min。在處理好的乙醇納米氧化鋅混合溶液中，加入定量硅烷偶聯(lián)劑。然后放入JB-A型磁力攪拌器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3h。對(duì)反應(yīng)完成后的樣品進(jìn)行真空抽濾，并將抽濾后的樣品放置于DZF-6021型真空干燥箱中進(jìn)行干燥處理，處理溫度和時(shí)間分別為：600℃和24h。將干燥所得產(chǎn)物研磨后密封保存，得到改性后氧化鋅粉末。

1.2.2 母料的制備

按照一定比例將聚乙烯樹(shù)脂（PE）、和納米改性后的氧化鋅粉末混合均勻。將混合物放置于Mars型HAAKE流變儀中，在145℃條件下以30r/min的轉(zhuǎn)速熔融共混10min，得到母料。

1.2.3 抗菌復(fù)合膜的制備

將1.2.2制備的母料進(jìn)行造粒處理。在DHG-9013A型電熱鼓風(fēng)干燥箱中按一定比例放入經(jīng)過(guò)處理的母料和聚乙烯樹(shù)脂（PE）進(jìn)行干燥處理，處理溫度和時(shí)間分別為90℃和3h。將混合均勻后的物料通過(guò)Brabender塑化儀以30r/min的螺桿轉(zhuǎn)速吹塑成膜。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 力學(xué)性能測(cè)試

參照GB13022-1991中的相關(guān)方法采用CTM2050型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以200mm/min的拉伸速率對(duì)抗菌復(fù)合膜樣品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 抗菌性能影響

（1）培養(yǎng)基的配置。本試驗(yàn)培養(yǎng)基的配置步驟如下：①精準(zhǔn)稱取10g蛋白胨，量取400mL蒸餾水，將兩者置于大燒杯中混合均勻;②精準(zhǔn)稱取5g肉膏放入燒杯中，再加入400mL蒸餾水，加熱攪拌至混合物完全溶解;③將混合液體移至錐形瓶中，并加入4g氯化鈉顆粒，攪拌均勻;④沾取少量液體檢測(cè)其pH值。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，加入氫氧化鈉或鹽酸調(diào)節(jié)液體pH為7;⑤將液體分為兩份，分別加入7g瓊脂，完成培養(yǎng)基的配置。

（2）滅菌操作。本試驗(yàn)滅菌操作步驟具體如下：①濕滅操作：在濕滅箱內(nèi)放入真培養(yǎng)基、生理羊水和裝有生理羊水的試管進(jìn)行滅菌操作;②干滅操作：在烘箱中放入培養(yǎng)皿、試管、移液管等工具進(jìn)行滅菌，滅菌溫度和時(shí)間分別為：140℃和2～4h。

（3）配菌液。①在裝有12mL的生理鹽水的試管中接種一環(huán)大腸桿菌菌種，并用滅菌后的移液管將菌種與生理鹽水混合均勻。取2mL菌液放入另一只裝有12mL生理鹽水的試管中，此時(shí)該試管菌液濃度為負(fù)一梯度。取該試管內(nèi)2mL菌液，放入另一只裝有12mL生理鹽水的試管中，此時(shí)該試管菌液濃度為負(fù)二梯度。重復(fù)以上步驟，直至負(fù)四梯度為止;②取適量上述步驟制備的菌液放置于血球計(jì)數(shù)板的計(jì)數(shù)矢上，用蓋玻片封蓋后用顯微鏡計(jì)數(shù)。菌液濃度可表示為：

A=五個(gè)格的總菌數(shù)×400×1000×10×稀釋倍數(shù)/80

式中：A為菌液濃度，范圍為30～300。

（4）小室培養(yǎng)。在一個(gè)滅菌的玻璃皿中加入適量脫脂棉和兩塊玻片，在玻片上鋪適量5mm×5mm試樣膜，在滴加0.4mL菌液，鋪上一層空白膜。用同等方式處理其他試樣，放入培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)條件為：30℃，24h。

（5）抗菌率計(jì)算。取出樣品膜放入裝有30mL生理鹽水的培養(yǎng)皿中，將樣品膜清洗干凈。取負(fù)一至負(fù)三梯度的菌液4mL，分別裝入兩個(gè)培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)基加熱至融化，融化后降溫至45℃，在凝固前平鋪。將混合液體混合均勻。待培養(yǎng)基凝固后放入電熱恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為24h。參照GB15979-2002和AATCC100-2004中的相關(guān)方法，對(duì)抗菌率進(jìn)行計(jì)算?？咕时磉_(dá)式為：

式中：R為抗菌率;B為空白對(duì)照樣品平均回收菌落數(shù);C為抗菌復(fù)合膜樣品平均回收菌落數(shù)。

1.3.3 光學(xué)性能測(cè)試

參照GB2410-80標(biāo)準(zhǔn)對(duì)改性納米氧化鋅抗菌薄膜透光率進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 透濕性能測(cè)定

參照GB1037-88標(biāo)準(zhǔn)，用恒溫恒濕箱對(duì)改性納米氧化鋅抗菌薄膜透濕性能測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性納米氧化鋅對(duì)復(fù)合膜力學(xué)性能影響

當(dāng)KH550含量為5wt%，改性納米氧化鋅與乙醇配比為1：10時(shí)，改性納米氧化鋅含量對(duì)抗菌復(fù)合膜力學(xué)性能的影響如圖1所示。

由圖1可知，抗菌復(fù)合膜綜合力學(xué)性能隨改性納米氧化鋅的增加表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。在改性納米氧化鋅的含量為0.3wt%時(shí)，抗菌復(fù)合膜樣品力學(xué)性能最佳，此時(shí)復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度為20.33MPa，比純聚乙烯樹(shù)脂提高了43.18%。斷裂拉伸率為578.12%，比純聚乙烯樹(shù)脂提高了39.41%。原因?yàn)榧{米氧化鋅在抗菌復(fù)合膜中起到無(wú)機(jī)納米剛性粒子增韌增強(qiáng)作用。同時(shí)，納米氧化性經(jīng)過(guò)改性后，表面級(jí)性降低。在與聚乙烯樹(shù)脂反應(yīng)時(shí)，界面粘膠力增強(qiáng)，兩者相互作用下，整體對(duì)外界應(yīng)力承受能力有所增加。當(dāng)改性氧化鋅含量超過(guò)0.3wt%，在納米氧化鋅吸附效應(yīng)的作用下，納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象增加明顯，造成復(fù)合材料的缺陷。因此抗菌復(fù)合膜在受外界應(yīng)力時(shí)，發(fā)生應(yīng)力集中造成斷裂的現(xiàn)象。因此在改性氧化鋅含量超過(guò)0.3wt%，隨改性氧化鋅含量的增加，力學(xué)性能呈緩慢降低的趨勢(shì)。

2.2 改性納米氧化鋅對(duì)復(fù)合膜抗菌新能的影響

圖2為改性納米氧化鋅與復(fù)合膜抗菌率的關(guān)系。從圖2所知，純聚乙烯樹(shù)脂幾乎沒(méi)有抗菌性。加入少量的改性納米氧化鋅后，復(fù)合膜表現(xiàn)出較好的抗菌性能。且復(fù)合膜的抗菌性能與改性氧化鋅的含量呈正比關(guān)系，在改性納米氧化鋅含量為0.8wt%時(shí)，復(fù)合膜抗菌性能最佳。此時(shí)對(duì)大腸桿菌的抗菌率可達(dá)91.58%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率可達(dá)95.79%。

2.3 改性納米氧化鋅對(duì)復(fù)合膜透明性能影響

表1表示隨納米改性氧化鋅含量的改變，復(fù)合膜透明度的變化。從表1可知，隨納米氧化鋅含量的增加，復(fù)合膜透明性能緩慢的降低，透光率緩慢相加，霧度緩慢升高。這是因?yàn)榧尤爰{米氧化鋅后，納米氧化鋅發(fā)揮成核作用，讓聚乙烯樹(shù)脂非晶部分相對(duì)減少，因此復(fù)合膜透明性能降低。隨納米氧化鋅含量的增加，納米氧化鋅在聚乙烯樹(shù)脂集體中分散性變差，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯，因此復(fù)合膜的透光性能和折光性能明顯下降。故而隨納米氧化鋅含量較高時(shí)，復(fù)合膜透明性能表現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)。

2.4 改性納米氧化鋅含量對(duì)復(fù)合膜透濕性能影響

表2為納米改性氧化鋅對(duì)復(fù)合膜透濕性能的影響。由表2可知，隨納米氧化鋅含量的增加，復(fù)合膜透濕量表現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì)。當(dāng)氧化鋅含量為0.5wt%時(shí)，復(fù)合膜體系的透濕量最小，此時(shí)復(fù)合膜體系為9.37g/m2·24h這是因?yàn)榧尤爰{米氧化鋅后，納米氧化鋅能起到成核作用，因此復(fù)合膜結(jié)晶性能有所提高。

3 結(jié)論

本研究以硅烷偶聯(lián)劑為表面改性劑對(duì)納米氧化鋅進(jìn)行表面改性處理。以改性前后的納米氧化鋅為原料，與聚乙烯樹(shù)脂共混制得抗菌復(fù)合膜。通過(guò)對(duì)復(fù)合膜多種性能探討，得到的主要結(jié)論如下：

（1）改性納米氧化鋅對(duì)復(fù)合膜的綜合力學(xué)性能有增強(qiáng)作用。當(dāng)改性納米氧化鋅含量在0.3wt%時(shí)，復(fù)合膜的力學(xué)性能達(dá)到最佳。此時(shí)，復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸率分別為20.33MPa和578.12%，比純聚乙烯樹(shù)脂提高了43.18%、39.41%。

（2）改性納米氧化鋅的加入使復(fù)合膜具有優(yōu)異的抗菌性能。當(dāng)納米氧化性含量為0.8wt%時(shí)，復(fù)合膜抗菌性能達(dá)到最高點(diǎn)。此時(shí)對(duì)大腸桿菌的抗菌率可達(dá)91.58%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率可達(dá)95.79%。

（3）透明性能試驗(yàn)表示，改性納米氧化鋅含量對(duì)復(fù)合膜透明度影響不大。隨改性納米氧化鋅含量的增加，復(fù)合膜透明度呈緩慢下降趨勢(shì)。

（4）濕透性能測(cè)試驗(yàn)表面，復(fù)合膜在納米氧化鋅含量為0.5wt%透濕量最小，此時(shí)復(fù)合膜透濕量值為9.37g/m2·24h。

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