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大部分聚合物材料在不加助劑的純態(tài)情況下是不受微生物侵蝕的。但是，當(dāng)添加了各種助劑之后，就有可能使微生物孳生、繁殖、擴(kuò)展，加之表面附著細(xì)菌的生長和繁殖，將影響塑料制品的外觀及性能，特別是使應(yīng)用的安全性大大降低，污染所接觸的各種物品，威脅人類健康。因此塑料抗菌功能的開發(fā)極其重要和必須。目前最常用和最有效的辦法就是添加抗菌劑。

抗菌劑通常分為無機(jī)、有機(jī)、天然和高分子四大類。　

無機(jī)抗菌劑是采用含有抗菌性金屬負(fù)載在一定載體，通過離子交換、吸附、合金化或者化合而成。

鈦系抗菌劑，主要以TiO₂ 這類能被光催化激活的材料為主。目前納米TiO₂作為高效抗菌劑，已應(yīng)用于衛(wèi)生潔具、水處理、抗菌建材和涂料等方面。

銀系抗菌劑，該系列抗菌劑是目前國內(nèi)使用最多的品種，根據(jù)制備工藝和載體不同，銀系抗菌劑包括以下幾大主要品種：沸石類抗菌劑，磷酸鹽系抗菌劑，溶解性玻璃系抗菌劑，蒙脫石抗菌劑等。銀-活性炭纖維型抗菌劑，載銀活性炭和活性纖維抗菌劑主要用于水的凈化處理。

合成有機(jī)抗菌劑雖然殺菌力強(qiáng)，來源豐富，但是存在耐熱性差、易水解、針對(duì)性強(qiáng)等缺點(diǎn)，并具有一定揮發(fā)性和毒性。目前國外市場(chǎng)上有機(jī)抗菌劑多為有機(jī)含氮離子化合物，其構(gòu)造類似抗靜電劑，如有機(jī)碘化物、有機(jī)氯化物或它們的復(fù)合物，以及氨基酸金屬鹽類。

天然類抗菌劑是從動(dòng)植物中提煉精制的，目前得到重點(diǎn)開發(fā)的是超細(xì)的殼聚糖微粉、甲殼素等。另外天然抗菌劑還有日柏醇、氨基葡糖苷等。但是天然抗菌劑由于其耐熱性差、藥效持續(xù)時(shí)間短，大規(guī)模商業(yè)化有待時(shí)日。

抗菌高分子材料是通過引入抗菌官能團(tuán)而獲得，根據(jù)官能團(tuán)不同，可以分為季銨鹽型、季膦鹽型、胍鹽型、吡啶型及有機(jī)金屬共聚物等，抗菌官能團(tuán)可以通過帶官能團(tuán)單體均聚或共聚引入，也可以通過接枝的方式引入。

目前主要有季銨鹽類抗菌劑、季膦鹽類抗菌劑和有機(jī)錫類抗菌劑等。季膦鹽是新一代抗菌劑，其抗菌活性比相同結(jié)構(gòu)的季銨鹽高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，具有廣譜、高效、低毒性等優(yōu)點(diǎn)；含有有機(jī)錫基團(tuán)的抗菌劑對(duì)于革蘭氏陽性細(xì)菌，尤其是對(duì)金黃色葡萄色球菌有很好殺滅率，但是對(duì)于革蘭氏陰性細(xì)菌的殺滅率相對(duì)較低。此外含有吡啶型聚合物和鹵代胺類聚合物也具有良好抗菌性。

采用化學(xué)和物理方法殺滅或抑制細(xì)菌活性和生長發(fā)育的性能稱為抗菌，殺死細(xì)菌或接近無菌狀態(tài)的性能稱為殺菌，抗菌一般習(xí)慣上包括無菌、殺菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等。具有抗菌或殺菌功能的材料通稱為抗菌材料，材料抗菌作用機(jī)理有如下幾個(gè)方面：

（1）干擾細(xì)胞壁的合成。細(xì)菌細(xì)胞壁重要組成為肽聚糖，抗菌材料對(duì)細(xì)胞壁的干擾作用，主要抑制多糖鏈與多肽交聯(lián)的連結(jié)，從而使細(xì)胞壁失去完整性，失去了對(duì)滲透壓的保護(hù)作用，損害菌體而死亡。

（2）損傷細(xì)胞膜。細(xì)胞膜是細(xì)菌細(xì)胞生命活動(dòng)重要的組成部分，因此如細(xì)胞膜受損傷、破壞，將導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

（3）抑制蛋白質(zhì)合成。使蛋白質(zhì)的合成過程變更、停止，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

（4）干擾核酸的合成。總的說是阻礙遺傳信息的復(fù)制，包括DNA、RNA的合成，以及DNA模板轉(zhuǎn)錄mRNA等。

含金屬離子的無機(jī)鹽或絡(luò)合物的無機(jī)抗菌品種最多，用途也最廣，抗菌作用機(jī)理對(duì)于不同的抗菌劑是不同的，同一種抗菌劑在不同環(huán)境條件下，甚至可能呈現(xiàn)不同的抗菌作用機(jī)理。目前學(xué)術(shù)界對(duì)抗菌機(jī)理尚無權(quán)威定論，代表性的學(xué)說主要有金屬離子溶出理論和活性氧理論兩種。

（1）金屬離子溶出抗菌機(jī)理

金屬離子溶出理論認(rèn)為：在抗菌材料使用過程中，抗菌金屬離子逐漸從抗菌材料中溶出，緩釋的Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等離子牢牢吸附并穿透細(xì)菌、霉菌的細(xì)胞壁，破壞微生物電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、物質(zhì)傳輸系統(tǒng)，從而迅速殺死菌體；進(jìn)入細(xì)胞體后，還能與細(xì)菌的羥基反應(yīng)，使細(xì)菌的蛋白質(zhì)凝固，破壞細(xì)菌細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂繁殖能力而死亡。在光的作用下，氧化態(tài)的銀離子又可成為催化活性中心，激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化能力的OH自由基和活性氧離子，在短時(shí)間內(nèi)破壞細(xì)菌中的繁殖能力，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。當(dāng)細(xì)菌體失去活性后，銀離子又會(huì)從菌體中游離出來，重復(fù)進(jìn)行殺菌活動(dòng)。

瑞澤JH02聚烯烴銀離子抗菌母粒

該母料適用于大部分聚烯烴，母料能控制銀離子釋放速度，阻止細(xì)菌、霉菌和酵母菌增長，有足夠的熱穩(wěn)定性，故適用于絕大多數(shù)塑料加工過程。

（2）光催化產(chǎn)生活性基團(tuán)抗菌機(jī)理

納米TiO₂的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，當(dāng)光能量大于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶電子被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，價(jià)帶上產(chǎn)生空穴，并在電場(chǎng)作用下分離移至粒子表面，空穴可奪取顆料表面OH-和H₂O中的電子，將其氧化成強(qiáng)氧化力的·OH基團(tuán)。·OH可使絕大多數(shù)細(xì)菌、有機(jī)污染物最終分解為CO₂、H₂O等無害小分子物質(zhì)。納米TiO₂的光催化抗菌，不僅可有效殺滅細(xì)菌，而且能攻擊細(xì)菌細(xì)胞的外層并破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底降解細(xì)菌，并可根除內(nèi)毒素引起的二次污染。

抗菌劑在塑料中實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的抗菌性、物性、用途和加工方法等多方面的要求，結(jié)合抗菌劑的物化指標(biāo)，綜合考慮和選擇。主要考慮的因素有：

抗菌效果主要是由 I C值(阻礙細(xì)菌繁殖的抗菌劑的最小濃度)體現(xiàn)出來的， I C值越小證明抗菌效果越好。對(duì)于添加了抗菌劑的抗菌材料來說，其抗菌能力主要是依賴材料表面的抗菌劑來實(shí)現(xiàn)的，因此，添加量一般要高于其I C值。另外，還要抗菌持續(xù)性好，保持抗菌塑料能長期抗菌。

不同的抗菌劑對(duì)于不同細(xì)菌具有不同的抗菌能力，也就是說抗菌劑只對(duì)特定的細(xì)菌表現(xiàn)出抗菌性，在選擇抗菌劑的時(shí)候應(yīng)考慮抗菌劑的抗菌范圍，抗菌范圍當(dāng)然越廣越好。但是達(dá)不到時(shí)，也可以用幾種不同的抗菌劑進(jìn)行復(fù)配，以期達(dá)到理想的抗菌范圍，但要注意各種抗菌劑的協(xié)同性。

作為食品包裝材料，抗菌劑的選用一定要對(duì)人體無害，應(yīng)避免使用具有急性毒性、慢性毒性、氣味較大、刺激皮膚等類的抗菌劑。因此，有機(jī)抗菌劑的使用就具有很大的局限性，而無機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑則因其安全性成為這方面應(yīng)用的熱點(diǎn)。

所選抗菌劑一定要和塑料有好的相容性和配伍性，不會(huì)對(duì)塑料制品的性能產(chǎn)生不良影響。

抗菌劑應(yīng)具備高的熱穩(wěn)定性，在塑料擠出和加工過程中不分解、不變質(zhì)，保持抗菌效能；同時(shí)抗菌劑顏色穩(wěn)定性要好，在保存和使用過程中不變色；還要具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、堿和化學(xué)藥品。

抗菌劑應(yīng)有較低廉的價(jià)格，使用后不會(huì)大幅度地提高材料的成本。

制造不同的抗菌產(chǎn)品，可用不同的方法添加抗菌劑。當(dāng)然，添加后的綜合效果也不同。

生產(chǎn)塑料抗菌制品，可采用抗菌劑、抗菌母粒、抗菌塑料來生產(chǎn)。抗菌劑直接添加法工藝簡(jiǎn)單，但抗菌劑在塑料中分散較差，抗菌劑顆粒容易分散，抗菌效果較差，抗菌劑利用不充分，使用成本增加。抗菌母粒法的核心技術(shù)是抗菌母粒的研制。抗菌母粒是抗菌劑分散在載體樹脂中的高度濃縮體，含抗菌劑量10%~ 40%。抗菌母粒與塑料一起加工，或與塑料一起再次共混分散，有利于抗菌劑的分散和抗菌作用的發(fā)揮，是目前已普遍接受和廣為應(yīng)用的技術(shù)途徑。由于直接使用抗菌劑的方法會(huì)影響塑料制品的外觀、導(dǎo)致抗菌效率降低，而使用抗菌塑料生產(chǎn)的加工成本較高，所以這兩種方法在國際上已處于落后狀態(tài)。目前國際上較多采用添加抗菌母粒的方法生產(chǎn)抗菌塑料制品。

瑞澤JH02S耐黃變聚烯烴抗菌母粒

將抗菌劑制成母粒， 耐熱性、分散性好，過濾性能佳，抗菌效果好，長效性高，耐洗滌。該抗菌母粒廣泛應(yīng)用于塑料制品、化學(xué)纖維、無紡布等，可使其制品具有長期抗菌性，已成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡谋匦杵贰?/p>

對(duì)于制造注塑類抗菌塑料，具體實(shí)施方案一般有兩種，一種是將超細(xì)的抗菌劑粒子制成噴霧液，噴涂在塑料模具表面，在塑料注塑成型時(shí)抗菌劑就進(jìn)入到塑料件的表面；另一種是將抗菌劑與塑料制成薄膜，然后將薄膜附在模具表面，在塑料成型時(shí)將抗菌塑料膜結(jié)合到制件表面。使用這種抗菌成型技術(shù)，可以大大節(jié)約抗菌劑的用量，但目前應(yīng)用還不普遍，主要原因是設(shè)備投資較大。

塑料是人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)制品中不可或缺的材料，有著廣泛的應(yīng)用。使用抗菌塑料可提高產(chǎn)品的衛(wèi)生性，減少致病菌的污染。目前應(yīng)用抗菌劑生產(chǎn)的抗菌塑料品種已經(jīng)很多，涉及的領(lǐng)域廣泛。經(jīng)歸納匯總列于下表。

表1 當(dāng)前抗菌劑和抗菌塑料主要應(yīng)用領(lǐng)域

另外，抗菌劑本身的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)是決定和影響抗菌性能的最主要因素。抗菌劑在塑料等基體中的分散狀態(tài)、微生物的聚集狀態(tài)、塑料制品應(yīng)用的具體環(huán)境，也對(duì)抗菌塑料的抗菌性能產(chǎn)生很大影響。因此，在材料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。

在塑料中加入抗菌劑有時(shí)還可以減少其散發(fā)的氣味，延緩制品表面老化、變色和變脆。

加工過程中，極性較強(qiáng)的抗菌功能團(tuán)易分布在表面，一方面提高了抗菌功能團(tuán)的有效利用率，另一方面又提高了表面的極性和親水性，從而改善了制品抗靜電性能。例如，抗菌母料可以使丙綸表面的親水性達(dá)到尼龍纖維的水平，其表面電阻率可降低5－6個(gè)數(shù)量級(jí)，極大地改善了材料的加工和使用性能。

對(duì)于家電特別是冰箱的中異味氣體，抗菌劑納米TiO₂已被證明具有分解這種氣體的良好能力。用納米TiO₂含量為0.7%的HIPS內(nèi)膽板材生產(chǎn)的雙門直冷冰箱，在密閉的狀態(tài)下，采用普通熒光燈提供光源，將冷藏化霜出水口密封后，在冷藏室內(nèi)通入異味氣體甲醛，使?jié)舛冗_(dá)到了30ppm，24小時(shí)后檢測(cè)，甲醛的降解率可達(dá)90%以上，這證明了添加納米TiO₂的家電塑料制品，同樣具有良好的分解異味氣體的能力。對(duì)于實(shí)際使用中的家用電器，其周圍異味氣體的濃度是很低的，室內(nèi)光或家電內(nèi)部的光線一般也較弱，而這足以滿足納米TiO₂塑料制品，對(duì)微量異味氣體分解去除的要求。

權(quán)威性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是抗菌材料自身能否健康發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。國際上對(duì)材料采用抗菌技術(shù)處理，應(yīng)用最廣泛的是日本，上世紀(jì)90年代中期日本抗菌制品技術(shù)協(xié)議會(huì)（SIAA）即制訂出《抗菌產(chǎn)品—抗菌活性與抗菌率的檢測(cè)方法（Antimicrobial products-Test for antimicrobial activity and efficacy）》，并于2000年成為日本的國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 2801。我們國家于2003年9月由國家發(fā)展和改革委員會(huì)正式公告發(fā)布實(shí)施（QB/T 2591-2003 《抗菌塑料—抗菌性能試驗(yàn)方法和抗菌效果》）。該標(biāo)準(zhǔn)在方法上基本采納了日本的JIS Z 2801標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)中給出了測(cè)定抗菌塑料抗菌性的定量試驗(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能力。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定抗菌塑料抗菌率大于90%為合格產(chǎn)品，判定為有抗菌性；大于99%為有較強(qiáng)抗菌性。

該標(biāo)準(zhǔn)把防霉等級(jí)分為0、1、2、3、4級(jí)。最高防霉等級(jí)為0級(jí)是不長，顯微鏡下放大50倍觀察不到霉菌生長；1級(jí)是痕跡生長，可見生長的面積小于10%；2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)分別是輕微生長、中等生長和嚴(yán)重生長。抗菌塑料的防霉等級(jí)為1級(jí)，可以報(bào)告有抗霉菌作用，0級(jí)則可報(bào)告有強(qiáng)抗霉菌作用。

目前國外新型無機(jī)抗菌劑的開發(fā)與抗菌加工技術(shù)進(jìn)展較快，至今已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，并向高性能和復(fù)合化方向發(fā)展。主要進(jìn)展和方向有如下幾個(gè)方面。

自1995年在日本首次面市以來，光觸媒抗菌劑的應(yīng)用越來越廣泛，如帶有光觸媒涂層的陶瓷材料，以光觸媒為核心的空氣清新機(jī)等。但是光觸媒型抗菌劑在塑料中的應(yīng)用，還需要解決其對(duì)高分子樹脂的老化問題。

負(fù)離子材料是一類在一定環(huán)境中能自動(dòng)釋放負(fù)離子的功能材料，該材料具有永久的自發(fā)電極性，在這種電極產(chǎn)生的電場(chǎng)中，微生物在微電流作用下其繁衍會(huì)受到明顯抑制甚至被殺滅，因此負(fù)離子材料具有抑菌/抗菌功能。目前用負(fù)離子型抗菌劑制備了抗菌塑料、抗菌涂料，已經(jīng)嘗試性地用于水處理和室內(nèi)、車內(nèi)、冰箱內(nèi)等封閉空間。

根據(jù)有機(jī)抗菌劑和天然高分子抗菌劑的抗菌機(jī)理進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，將有機(jī)抗菌劑和天然高分子抗菌劑特點(diǎn)結(jié)合起來，合成具有抗菌性能的高分子。合成高分子抗菌劑可以克服天然抗菌劑耐熱性差等缺點(diǎn)，又可以直接通過合成得到具有不同力學(xué)性能和生物性能的新型抗菌材料。

傳統(tǒng)的銀系抗菌劑是目前最常見的無機(jī)抗菌劑。但銀離子在光、熱等作用下容易還原變色，而且變色問題嚴(yán)重制約了其應(yīng)用范圍，成了抗菌劑應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的難題之一。目前解決這一問題的途徑主要有以下兩條：（1）通過控制加工工藝，調(diào)整抗菌劑的結(jié)構(gòu)。但灼燒可能會(huì)造成部分抗菌劑的抗菌性能下降。（2）使用過程加入中變色抑制劑。目前具有實(shí)用價(jià)值的銀系抗菌劑的變色抑制劑主要有兩大類，一類結(jié)合纖維整理劑使用，另一類則用于塑料中抑制銀系抗菌劑在塑料中的變色。結(jié)合纖維整理劑使用的銀系抗菌劑變色抑制劑一般是苯并三唑類化合物,主要產(chǎn)品為甲基苯并三唑和甲基苯并三唑鉀，塑料中常用的變色抑制劑主要有天然水滑石[Mg₆Al₂(HO)₁₆CO₃·4H₂O]、合成水滑石[Mg_4,5Al₂(OH)₁₃CO₃·3.5H₂O]及其燒成物（Mg_0.7Al_0.3O_1.15），以及堿式碳酸鋅和磷酸鋯等。這些變色抑制劑已應(yīng)用到某些抗菌塑料制品中，并起到了一定作用。

沒有任何一種單獨(dú)的抗菌劑能夠完全適應(yīng)所有的應(yīng)用場(chǎng)合，而且在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常需要復(fù)合多種抗菌劑。為了充分利用各種抗菌劑的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行不同抗菌劑之間復(fù)合時(shí)，需要產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。抗菌劑之間效果的協(xié)同具體體現(xiàn)在可以延長抗菌劑有效作用時(shí)間，在總體較低濃度時(shí)即可產(chǎn)生抗菌性能，拓寬抗菌劑的抗菌譜等。

抗菌劑的結(jié)構(gòu)對(duì)抗菌劑抗菌性能的發(fā)揮、抗菌劑和基體材料的親合性、使用抗菌劑對(duì)材料物理性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能的影響具有重要的作用，因此通過抗菌劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以明顯提高抗菌劑的使用效率，并提高使用抗菌劑的抗菌材料和抗菌制品的性能，形成不同領(lǐng)域抗菌產(chǎn)品的個(gè)性化，并能在很大程度拓展抗菌劑的應(yīng)用領(lǐng)域。

塑料抗菌劑及抗菌材料的研究，是國際上的一門新興學(xué)科，因此很多機(jī)理和作用原理尚待進(jìn)一步研究，而同時(shí)又不斷有新的抗菌劑問世，應(yīng)用到塑料中。可以肯定，隨著人們生活水平的不斷提高，環(huán)保、健康意識(shí)的加強(qiáng)，抗菌塑料會(huì)越來越受到人們的重視和歡迎，具有廣闊的發(fā)展前景。總之，我們應(yīng)對(duì)塑料抗菌劑及抗菌塑料給予更多地關(guān)注，開發(fā)更多塑料抗菌劑新品種，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，讓其更好地為人類服務(wù)。

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