抗菌的高分子材料文献调研

抗菌的高分子材料文献调研

姓名：涂大强学号：11111132

引言

随着高分子材料技术的进步和发展，各种各样的高分子材料制品已经渗入到了我们衣食住行的各个角落。然而，高分子材料受到微生物的污染，从而引起疾病的传播，这是一个全球性的问题。如何有效地防止细菌的产生和滋长，进而抑制疾病的传播，使用具有抗菌性能的高分子材料是最为简单有效的方法。随着人们对疾病预防和控制的重视，以及对自身居住、工作和生活环境卫生要求的提高，抗菌技术和抗菌材料也因此而得到了快速发展。迄今为止，已经有多种类型的抗菌高分子材料被开发出来，并应用于医疗器械，食品包装，服饰等多领域，取得了非常可喜的研究成果。

抗菌剂的分类

抗菌的高分子材料一般由高分子材料、抗菌剂以及表面改性剂三部分组成。其中，抗菌剂是高分子材料抗菌性能的关键，大体上可以分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂以及复合型抗菌剂。其中，天然抗菌剂大多为有机物，故常被划入到有机抗菌剂中。无机抗菌剂主要包括金属离子抗菌剂和金属氧化物抗菌剂。金属离子抗菌剂大多为重金属离子，如银、铜、锌等。金属离子抑制病原体活性按如下顺序递减：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe,其中Hg、Cd、Pb、Cr的

毒性较大，因此应用较少。而银的抑菌性能远远高于其他的金属离子，银系抗菌剂具有广谱、高效、持久性，因此被广泛应用，如日本最早使用Zeomic抗菌剂制成的抗菌除臭袜和抗菌塑料，由于抗菌效果良好，很快被日本及其他国家广泛使用。金属氧化物抗菌剂均属于光触媒，是一种在光照条件下，自身不发生变化，却可以促进化学反应的物质。常见的金属氧化物抗菌剂有TiO2与ZnO，如参考文献中注塑成型聚丙烯/ TiO2纳米复合材料改善聚丙烯的力学和抗菌性能以及聚

丙烯材料表面移植ZnO等离子体来提高其抗菌能力。其中TiO2作为金属氧化物抗菌剂性能最佳，因为无机金属应用在纺织物上有显色反应，而使用TiO2金属抑菌添加剂则对人体无毒无害，安全性能高，纺织物长期使用不变色，同时兼具耐紫外光照、耐热和广谱高效抗菌等优点。大部分有机抗菌剂都是通过化学合成的方法得到的，主要包括季铵盐类、醇类、酚类、醛类、醚类、酯类以及有机酸类等，如参考文献中将盐酸环丙沙星作为抗菌剂添加到电纺PVA与再生丝素蛋白复合材

料中，用作医疗中的伤口敷料。有机抗菌剂通常都具有高效的抑菌性

能，但同时也有毒性大，耐热性差，抗菌持久性差等缺点。天然抗菌剂主要是从动植物中提取、精制得到的，大多是多糖，多肽以及糖肽聚合物类物质，如参考文献中含有乳酸链球菌素的高分子材料在食品抗菌防腐方面的应用。天然抗菌剂具有耐候性优良，毒性低，使用安全等优点，但耐热性差、药效时间短，是未来抗菌添加剂的主要方向。抗菌剂的作用机理

抗菌剂的种类多种多样，各种抗菌剂的抗菌机理也不尽相同。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质和核质体等组成，各类抗菌剂对细菌的影响方式大体可以分为以下三种:(1)作用于细菌的细胞壁、细胞膜系统，破坏其保护系统，使其内部物质因失去保护而流失，进而导致死亡。(2)作用于生化反应的酶或其他活性物质，如蛋白质，这些

物质是细菌生存的物质基础，破坏它们就会导致细菌物质代谢停滞，进而死亡。(3)作用于细菌内部的遗传物质，进而使细菌无法增殖而

逐渐凋亡。

抗菌剂在高分子材料中的具体应用

抗菌剂广泛应用于各类高分子材料中，大体可以划分为三类制品：抗菌纤维制品、抗菌塑料以及抗菌橡胶。纤维制品大多与人体直接接触，要求对人体不会造成严重的影响，因此纤维制品中使用最为广泛的抗菌剂是银系抗菌剂和天然抗菌剂，如上文中提到的日本最早使用Zeomic抗菌剂制成的抗菌除臭袜以及含有盐酸环丙沙星作为抗菌剂

的电纺PVA与再生丝素蛋白复合材料作为伤口敷料在医疗中的应用。抗菌纤维的加工方法有三种：后处理加工法、原纤维加工法以及染整加工法。后处理加工法是以染渍、染轧、涂层或喷涂等方法将抗菌的物质附在纤维上，抗菌剂只存在于纤维表层上，脱落后不能补充，这种方法加工出来的抗菌纤维抗菌持久性差，耐洗涤性也差，同时还存在一定的安全性问题。原纤维加工法和正染法是将抗菌剂混入到纤维内部，通过抗菌剂露出纤维表面或少量溶出而显示出抗菌性的。这两种方法加工出的纤维，内部的抗菌剂可以向外部扩散使之得以补充，使得抗菌纤维的抗菌持久性得到保障。塑料制品在生活中随处可见，卫生洁具、厨房用品、家用电器外壳以及塑料包装袋等，只要环境合适，很容易就会滋生病菌。因此，对塑料制品进行抗菌加工非常有必要。目前，抗菌塑料的制备方法主要是通过添加少量抗菌剂共混复合而成的，其有效成分是抗菌剂。也有少数抗菌塑料是材料化学结构上具备抗菌能力，或是经过反应改性而得到的。上文中提到的，注塑成型聚丙烯/ TiO2纳米复合材料和含有乳酸链球菌素的高分子材料在

食品抗菌防腐中的应用都是抗菌剂在塑料制品中的具体应用。橡胶制

品在生产加工过程中，常常需要加入其他的配合剂，如硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂等。因此橡胶的成分体系相对复杂，相较于前面两种抗菌高分子材料，抗菌橡胶的研究就少了许多。制备抗菌橡胶制品的方法有表面接枝抗菌剂分子，抗菌母料与干胶的混炼等。目前对于抗菌橡胶抗菌性能的检测一般采用微生物学方面的贴膜法和抑菌圈法等。有研究工作者自制了ZnO/Ag纳米复合抗菌剂，并亲油改性，然后利用改性的抗菌剂与天然橡胶制备出了具有抗菌能力的抗菌橡胶。

对比分析

参考文献中涉及到的抗菌高分子材料既有抗菌纤维制品，也有抗菌塑料制品。其中用到的抗菌剂既包含了TiO2与ZnO等无机金属氧化物抗菌剂，也包含了盐酸环丙沙星与乳酸链球菌素等有机抗菌剂。通过对调研的几篇参考文献对比分析，大致可以归纳出设计研发抗菌高分子材料的大致实验思路。想要设计出符合应用条件的抗菌高分子材料，首先需要对选用的高分子材料和抗菌剂进行筛选。高分子材料的筛选主要考虑的是材料特性是否与所要应用的环境条件相匹配，而抗菌剂的选择，除了要考虑抗菌剂本身的抗菌性能外，还要考虑与高分子材料间的相容性、应用环境的条件等诸多因素。例如，参考文献中提到的制备含有盐酸环丙沙星的PVA与再生丝素蛋白抗菌复合材料，这其中就包含了对高分子材料的筛选，PVA作为常用的高分子材料，本身具有良好的力学性能，但是作为伤口敷料，PVA与医疗中常用的抗菌剂盐酸环丙沙星相容性不佳。再生丝素蛋白本身具有优异的生物相容性，但是其力学性能不佳。通过电纺技术，可以很好地制备出PVA 与再生丝素蛋白的复合材料。这样，获得的高分子材料既具备了符合医疗应用的力学性能，也同时具备了与抗菌剂盐酸环丙沙星间良好的生物相容性。再例如，参考文献中提到的利用表面改性剂改善纳米TiO2与SEBS间的相容性，进而提高复合材料的抗菌性能。其次，想要研发出符合要求的抗菌高分子材料，还必须考虑如何将抗菌剂与高分子材料有效的结合在一起。除了参考文献中用到的浸染法、注塑成型法以及表面接枝法等常见方法外，还可以通过改变抗菌剂形态来改善抗菌剂与高分子材料间的结合。例如，参考文献四针状氧化锌晶须对聚丙烯力学性能及抗菌性能的影响中，通过将不同形态的氧化锌接枝到聚丙烯表面，并对比其对复合材料力学性能与抗菌能力的影响，从而筛选出最佳形态的氧化锌与聚丙烯高分子材料结合。最后，需要对制备出的抗菌高分子材料进行性能上的检测，以判断制备出的抗菌高分材料是否符合应用要求。一般只需要检测抗菌高分子材料的力学性