高性能复合抗菌剂的研制及应用

作者：北京崇高纳米科技有限公司 李泽国    来源：国际塑料商情

欢迎访问e展厅 展厅 1 工程塑料展厅 聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ... 当前抗菌材料所用的抗菌剂主要包括有机抗菌剂、无机抗菌剂、天然抗菌剂（含中药萃取物）三大类。其中有机抗菌剂一般具有抗菌作用迅速，抗菌力强的优点，但溶出快、抗菌有效期较短（耐久性差），耐候性较差，抗菌稳定性较低，且部分抗菌剂对皮肤刺激性较大、抗菌谱较窄，长期使用还可能导致耐药菌株的出现，特别是在抗菌塑料上的应用耐热性差就是大问题，一般有机抗菌剂的分解温度低于300℃，只有加工温度低于200℃的塑料才能应用，尽管如此在加工过程中仍会有损失，并且刺激性气味大，加工困难。无机抗菌剂大多是无机物载银、锌、铜离子的复合物，属非溶出性抗菌机理，抗菌有效期长，抗菌谱广，对皮肤刺激性小，耐热温度高于600℃，满足各种塑料的加工条件，且无味安全，但由于无机抗菌剂制备的抗菌塑料只有在与细菌接触较长时间，如8~24小时才会发生明显的抑菌效果，因此其也造成不能有效快速阻止细菌的繁殖，不能满足人们生活实际需求，且无机抗菌材料对真菌的最小抑菌浓度值较大，抗真菌的效率较低。 通过研究发现将有机抗菌剂和无机抗菌剂有效组合制得有机—无机复合抗菌剂，不仅兼有有机抗菌剂的即效性与无机抗菌剂的安全性和耐热性，在很大程度上解决了无机抗菌剂的载银体系变色问题，降低了价格，同时保证了抗菌广谱性。有关文献报道有机—无机复合抗菌剂对金黄色葡萄球菌作用15min的杀菌率为98.4%；对金黄色葡萄球菌作用2h的杀菌率为100%；对大肠杆菌作用15min的杀菌率为100%；对大肠杆菌作用2h的杀菌率为100%。因此有机—无机复合抗菌剂成为了当前国内外研究的热点和方向。如日本将有机硅氧烷、可水解硅烷、含三唑基化合物及沸石复合和将有机抗菌剂通过插层技术引入经银离子交换的层状粘土均制得了在聚合物中分散稳定，同时具有良好耐热性和耐紫外线变色的有机—无机复合抗菌剂；国内也研制出由有机硅和银复合物制备的抗菌剂，应用于聚合物中。本文主要介绍的是北京崇高纳米科技有限公司运用特殊的复合技术开发出一种新型速效高效有机—无机复合抗菌剂，其可广泛应用于抗菌塑料（PP、PE、ABS、HIPS等）中，加工易于实现，并且性能稳定，抗菌广谱，长效性好。 实验部分 原料、仪器及设备 原料：AM无机抗菌剂（自制）；有机抗菌剂（市售）；树脂PP(F1002)、ABS（757）、HIPS（市售）；其它各种助剂（表面活性剂、微胶囊化壁材、分散剂等）（市售）。 测试抗菌性能所用菌种及材料：金黄色葡萄球菌（ATCC6538）；大肠杆菌（ATCC25922）；磷酸盐缓冲溶液PBS；营养琼脂培养基等。 实验仪器及设备：玻璃烧瓶等实验室合成装置若干；陶瓷反应釜（50升）；多功能高速搅拌分散砂磨机；连续砂磨机（台湾产）；热风烘箱；真空加热干燥箱；高速粉碎机；高速搅拌混合机（10升，100升）；双螺杆挤出机组 （Φ35和Φ65）；注塑机（HY680）；力学性能万能试验机；塑料冲击性能试验机；熔融指数仪；超净工作台；恒温恒湿培养箱；振动摇床；高压灭菌釜；高温灭菌烘箱；光学显微镜；冷藏冷冻冰箱。 复合抗菌剂的制备（见简图） 抗菌塑料的制备（见简图） 抗菌性能测试评价 参照标准为：ISO22196：2007 《塑料制品表面抗菌性能评价方法》； QB/T 2591-2003 《抗菌塑料-抗菌性能试验方法和抗菌效果》。 抗菌塑料抗菌长效性评价 参照日本抗菌协会提出的针对涉水产品持久性试验样品加速处理方法：将抗菌塑料样片在蒸馏水中于（50±5）℃下浸泡16h，然后再检测抗菌性能。我国建材行业标准《JC/T 939-2004 建筑用抗菌塑料管抗细菌性能》首次提出抗菌长效耐久检测方法和指标。 抗菌塑料耐紫外线变色评价 在40W紫外灯下直接照射24h，对照观察颜色变化。 抗菌塑料机械性能评价 抗菌塑料机械性能的检测和普通塑料完全一致，拉伸性能按GB/T 1040-1992方法检测；弯曲性能按GB/T 9341-2000方法检测；简支梁冲击性能按GB/T 1043-1993方法检测；熔体流动速率按GB 3682-1983方法检测。 结果与讨论 复合抗菌剂配方及表面处理对加工和抗菌性能的影响 通过表1可以看出，有机/无机抗菌剂的复合技术对抗菌材料的加工制备和抗菌性能的发挥是有较大影响的。原因可能是：有机抗菌剂耐热性能不好，在高温下往往会因分解或自身挥发产生刺激性气味，同时无机抗菌剂Ag和Zn等金属离子也会促使有机抗菌剂分解，所以简单混合抗菌剂在应用于PP塑料时于200~220℃下加工时有较强的刺激性，同时因为部分分解影响了抗菌性能的发挥，抗菌率仅达到90%左右；有关文献报道，微胶囊化技术因为具有改善材料缓释性、提高对光、热、水等的稳定性、屏蔽味道气味、分隔易反应的物质等优点，所以基于此原理，本公司开发出了高性能的有机—无机复合抗菌剂，在应用于PP塑料时于200~220℃下加工时刺激性较小，同时抗菌率达到99%以上，这说明运用微胶囊技术提高了抗菌剂稳定性，经过层层包覆将抗菌剂的气味屏蔽掉了，同时更好地发挥了无机抗菌剂和有机抗菌剂对细菌生长抑制的良好协同作用。 复合抗菌剂对抗菌塑料长效性能的影响 由表2、图1和图2可以看出：AMO复合抗菌剂与单一有机抗菌剂、AM无机抗菌剂及简单混合抗菌剂相比，抗菌性能表现得更强、更加稳定，尤其在水浸泡前后抑菌圈都是比较明显的，抗菌率均能达到99%以上；单一有机抗菌剂或简单混合抗菌剂在使用时，经水浸泡前后抗菌率有很大差异。其原因可能是：有机抗菌剂在为处理时在塑料中的迁移速度是比较快的，很容易跑到塑料表面，损失掉，而AMO复合抗菌剂因为使用了微胶囊复合技术，其具有缓释性，控制了抗菌剂的迁移速度和迁移量，保证了抗菌长效性（耐水性）。 高性能复合抗菌剂对塑料机械性能的影响 通过母粒化技术，制备抗菌塑料时只需将抗菌母粒和基材树脂混合均匀，然后直接造粒或注塑即可得到抗菌塑料或抗菌塑料制品，在加工过程中不需要对原有基础或注塑工艺进行修改，只需在加工前对抗菌母粒稍加干燥即可，所以抗菌母粒化技术对制备抗菌塑料及其制品提供了很大方便。特别是，抗菌母粒化技术使抗菌剂在树脂材料中分散更加均匀，经研究发现由复合抗菌剂AMO制备的抗菌母粒的添加量为2~4%（即AMO0.3~0.8%）时，抗菌剂的加入对材料机械力学性能的影响很小。表4显示了添加AMO复合抗菌剂后不同树脂材料的机械性能。 高性能抗菌塑料的应用领域及发展前景 由高性能复合抗菌剂AMO开发的抗菌塑料可广泛应用于人们的衣、食、住、行等方面。表5所示为抗菌塑料的应用。 抗菌塑料制品的应用，可减少或杜绝人与人、人与物、物与物之间的细菌交叉传染，可将医疗保健的模式，从事后的治疗转变为事前的预防，为人们创建一个健康安全的生活环境，大大减少了细菌感染的几率。 结论 （1）北京崇高纳米公司开发的高性能复合抗菌剂AMO应用于PP、ABS、HIPS等塑料上在添加量为0.3~0.8%时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较强的抑制作用。 （2）高性能复合抗菌剂AMO应用于PP、ABS、HIPS等塑料上于200~220℃下，几乎没有刺激性气味，可保证生产正常进行，是安全的。 （3）经耐水评价试验发现由高性能复合抗菌剂AMO制备的抗菌塑料具有长期的抗菌效果。 （4）经紫外线照射耐变色评价试验表明由高性能复合抗菌剂AMO制备的抗菌塑料耐光稳定性较好。 （5）通过母粒化技术，高性能复合抗菌剂AMO的加入对PP、ABS、HIPS等塑料树脂的力学性能没有很大影响，因此制备成抗菌塑料后不影响原树脂的应用领域。(end)

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