抗菌塑料的研究与应用

抗菌塑料的研究与应用

高性能和功能化是当前新材料发展的两个方面。塑料是四大工程材料之一,已广泛应用于工业、农业、建筑、交通、通讯、医疗及日常生活等领域中的每一个角落。抗菌塑料作为一类具有特殊功能的新型塑料,在近10余年内得到了迅速发展。抗菌塑料是一类在使用环境中本身对沾污在塑料上的细菌、霉菌、醇母菌、藻类甚至病毒等起抑制或杀灭作用的塑料,通过抑制微生物的繁殖来保持自身清洁。目前,抗菌塑料主要通过在普通塑料中添加少量抗菌剂的方法获得。本文对抗菌塑料基本性质、发展过程、应用领域和国内外发展最新情况等作一简要介绍。1特殊功能的要求以及产生原因抗菌塑料使用中首先要满足塑料作为基本材料使用时对其物理、化学、机械等性能的必要要求,同时要考虑具备抗菌这一特殊功能的要求以及由此产生的附加因素。因此,抗菌塑料要有良好的力学强度、外观、化学稳定性,良好的可加工性。在抗菌性方面,要求抗菌塑料能够适应使用环境,并应当有高效、广谱、长效的抗菌性。由于抗菌塑料中含有少量抗菌剂,因此要求所用的抗菌剂达到规定的卫生安全性,并使最终的抗菌塑料成品达到无毒、无异味、对环境无害的要求。2评价环保塑料性能的方法2.1拉伸性能测试抗菌塑料的常规性能,如熔体流动速率、拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度、色度、表面光洁度等均按国家有关塑料测试标准执行。2.2可加工性评价标准抗菌塑料随着用途不同,其加工工艺和加工方面的特性也不同。加工性能主要取决于所用塑料基料的性质,可以通过实验室中测定熔体流变性进行评价,但更直接和重要的是进行实际加工,从而得到可加工性的评价依据。对注塑、挤出工艺及材料加工性能的要求是很不一样的。2.3德国的环保试验2.3.1抑菌圈的测定判定一种物质是否有抗菌活性,通常可通过微生物学中抑菌圈实验的方法来进行。定性上,抑菌圈法不能得出抗菌率的定量结果,抑菌圈的大小代表被测物质抗菌力的强弱。这一方法具有快速简便的特点,在抗生素等药物筛选中也常使用。早期,有人使用这一方法来研究抗菌塑料的抗菌性。抑菌圈法不能得出抗菌率的定量结果。抑菌圈的大小虽在一定条件下可反映抗菌效果的好坏,但不同抗菌物质之间,此数值的可比性较差。实验表明,有的抗菌塑料不形成明显的抑菌圈。2.3.2抗菌性试验表面动态测试法亦称摇瓶法,振荡试验法等。本法主要适用于抗菌织物表面抗菌活性的评价。实验时,将样品在菌悬浮液中振荡1小时,使之充分接触,然后将接触前和接触后的菌悬液进行连续稀释,并作细菌培养,测定此种菌悬液中存活的细菌数。所算出的比原细菌数减少的百分率为此抗菌织物的抗菌效能。如果减少数为70%~100%,则抗菌效能是“成功的”,否则是“失败的”。原纺织工业部发布的中华人民共和国纺织行业标准FZ/T01021-92《织物抗菌性能试验方法》适用于各类经抗菌处理的吸水性织物,不适用于拒水性织物。2.3.3抗菌性能的测定目前众多抗菌测试方法中,贴膜法最接近于实际情况,是定量测定抗菌塑料抗菌性的试验方法。它反映了抗菌塑料的接触抗菌原理,并在实验设计中充分考虑了抗菌塑料的实际使用条件等外部因素,能较客观地反映抗菌塑料抗菌功能。贴膜法先用细菌接触样品表面,覆膜保存24小时后,进行活菌培养。比较空白样的平行实验结果,得出抗菌塑料的抗菌率。试验菌种为金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和大肠杆菌(Escherichiacoli)。贴膜法由日本抗菌制品技术协议会(SIAA)在1995年提出,后又几经修改。工程塑料国家工程研究中心在此基础上做了大量研究工作,并参照GB15979-1995《一次性使用卫生用品卫生标准》在1998年制定了《抗菌塑料抗菌率测试方法(贴膜法)》的企业标准。测试结果重复性好,数据可靠,在实践中起到了很好的作用。贴膜法在日本适用于银、铜、锌等无机系抗菌剂所制成的抗菌塑料。但根据我们的经验,如果被试样品处理得当,此法同样适用于用有机抗菌剂或有机/无机复合抗菌体系制成的抗菌塑料的测试。贴膜法要求被测试样表面平滑,对表面凹凸或纤维等吸水性试样不适用。2.3.4防霉菌指数2001年7月塑料防霉性测试可参照GB2423.16-1990《电工电子产品基本环境试验规程试验J:长霉试验方法》,ISO846-1978(E)《塑料在真菌和细菌作用下的行为的测试——用直观检验法或用测量质量或物性变化的方法评价》。工程塑料国家工程研究中心《抗菌防霉塑料防霉等级测试方法》(1999)中防霉测试用菌种有8种,包括黑曲霉(Aspergillusniger)、土曲霉(Aspergillusterreus)、出芽短梗霉(Aureobasidiumpullulans)、宛氏拟青霉(Paceilomycescarioti)、绳状青霉(Penicilliumfunicolosum)、绿色木霉(Trichodermaviride)、赭绿青霉(Penicilliumochrochloron)、柄帚霉(Trichodermaviride)等,防霉等级分为0、1、2、3级。最高防霉等级是0级,被试样品在结果判断时,放大50倍观察不到霉菌生长。3抗菌活性材料的复合应用抗菌塑料所用的抗菌添加剂一般分为有机系、无机系和天然抗菌剂。从本世纪中叶较多使用有机抗菌剂整理织物获得抗微生物纤维制品,到80年代后无机系抗菌剂得到迅速发展和应用,目前抗菌塑料的研制开发进入了无机/有机复合抗菌的新时代。无机/有机复合方法和应用的研究对于发挥此两大类材料的抗菌特点很有意义。另外,在高分子链上直接引入抗菌化合物活性基团的合成研究也越来越受到重视。这些新课题的研究将进一步提高材料的抗菌性,对环保产生积极作用。工程塑料国家工程研究中心在去年向市场推出KHFS-Z25注塑级抗菌母料、KHFS-Z25E挤出级抗菌母料后,今年又推出KHDS-25TA透明抗菌母料(专用于PS透明制品)、KHAS-AF40抗菌防霉母料、KHFS-AG25F通用丙纶纤维级抗菌母料、KHFS-AG25SF超细丙纶纤维级抗菌母料,以及用于油漆、涂料、塑料、胶粘剂等的KHFS-Z50复合抗菌剂。这些最新产品是在赶超国际抗菌塑料研究开发前沿过程中不断创新、服务于市场的结果。这在一定程度上带动了国内该领域的向前发展。4抗菌制品的市场笔者1999年7月访问日本时了解到,日本抗菌塑料的发展的确日新月异。目前参加日本抗菌协会的抗菌剂和抗菌塑料的生产和用户等企业已达250家之多。日本抗菌剂市场的年生产销售达280亿日元,其中无机抗菌剂占60~80亿日元。日本国内全部抗菌制品的生产总额高达6000亿日元。据日本同行估