抗菌塑料的研究概况

抗菌塑料的发展现状

杨红艳栾道成王红研

（西华大学材料科学与工程学院纳米材料研究所成都 610039）摘要：本文介绍了抗菌塑料中抗菌剂种类及其作用机理。概述了国内外抗菌塑料的发展概况、抗菌塑料的制备及其性能检测方法和评价标准，探讨了抗菌塑料制品的应用领域及发展前景。

关键词：抗菌塑料，抗菌剂，抗菌机理，评价标准，检测方法，发展

Development of the antibacterial plastics

Yang Hongyan , Luan Daocheng

(College of Materials and Engineering, Xihua university, Chengdu 610039,China Abstract: varieties of antibacterial agent and their mechanism are introduced in this paper. Development situations of antibacterial plastics as well as preparation methods, the test methods and the evaluative standards for their performance at home and abroad are summarized. Discussed the antibacterial plastics products’ application fields and development in the future.

Key words: antibacterial plastics, antibacterial agents, antibacterial mechanism, the evaluative standards, test methods, development

1 前言

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。由于塑料制品在加工和使用过程中易沾染和滋生多种微生物，包括致病细菌，对人们的身体健康造成一定的危害。随着人们环保意识的提高，越来越重视对健康环境的追求，抗菌塑料应运而生。抗菌塑料是指在塑料中添加抗菌剂，使塑料制品本身具有抗菌性达到抑菌和杀菌目的的新型功能材料，这种材料不仅能保持自身的清洁，而且能减少因使用塑料制品而发生的交叉感染。抗菌塑料于80年代兴起，并于90年代迅速发展起来，在欧美一些发达国家，抗菌塑料已开始用于大型家电、通讯器材、汽车制造等方面，其中采用纳米技术改性的无机抗菌剂最为人们所青睐。近几年我国市场上也出现了许多抗菌产品，表明了我国的抗菌塑料研究开发和应用也已经获得了长足的发展。

2 国内外抗菌塑料的发展及应用

抗菌塑料是近年来迅速发展起来的一种具有抑制或杀灭其表面细菌能力的新型功能材料。用它们制成的各种制品具有卫生自洁功能，对保护人类健康，减少疾病，具有十分重要的意义。特别是将纳米技术应用到抗菌塑料领域之后，制得的纳米抗菌塑料的抗菌效果及安全性和稳定性显著提高了，同时也扩大了其应用的范围和应用等级。

国内外近20多年来投入了大量的人力物力，发展抗菌材料产业，取得了巨大的社会和经济效益。国外抗菌塑料的研究始于80年代初，近年来已经逐步开始实用化。日本是研究抗菌塑料方面发展较早的国家，在80年代开始集中研究银系无机抗菌剂及其在塑料中的应用，很快取得了进展；80年代中期以来，日本开始在家电产品中开发应用抗菌塑料，抗菌洗衣机、抗菌电话等产品；1991—1995年是日本抗菌行业发展最快的时期，在这短短的几年中共有30多家企业进入了抗菌剂和抗菌塑料的生产厂家行列。目前日本抗菌技术协会的抗菌剂和抗菌塑料的研制、生产和用户等企业已达250多个，抗菌塑料几乎覆盖PP、ABS等所有主要塑料品种。[1]

欧美在抗菌塑料的开发和应用的进程中远比日本落后，而且主要使用有机抗菌剂。80年

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基金项目：四川省应用基础研究资助项目（042287）四川省特种材料及制备技术重点实验室开发基金项目

杨红艳：女。1979年出生，硕士研究生联系人：栾道成。男，1964年生，教授。研究生导师

代中期，一些发达国家又开始了用于食品包装的抗菌塑料的开发，研究结果表明这些具有抗菌和杀菌功能的包装材料的应用使得各种食品的保质期普遍延长达几倍以上，减少了各种防腐剂的使用，随着这类功能材料的不断完善和发展，其应用的范围和领域也不断的扩大。美国近几年也在积极地发展抗菌塑料，主要应用于食物容器、儿童用具(如儿童推车)、汽车部件(如把手、内饰件)等。目前欧美抗菌塑料主要应用于软制聚氯乙烯而且主要使用含有砷的有剂抗菌剂。欧美市场PE菜板、PVC儿童玩具等制品是抗菌塑料的最大用途。[2]我国科研人员也积极追踪国际材料科学发展前沿。但由于研究条件和投入的起点较低长期以来未能形成自己的研究体系，另一方面，长期以来我国经济相对落后于西方发达国家，人们生活水平不高，所以抗菌材料的市场需求直到近年才初露端倪。

90年代中后期，抗菌塑料在我国进人了一个飞速发展的时期。工程塑料国家工程研究中心与海尔集团的“产、学、研”联合,使工程中心在材料科学、化学等多学科交叉领域将抗菌材料的研究成果进一步完善并推向市场，率先推出中国抗菌家电制品，形成了强大的“健康家电”冲击波。国内一批科技型企业密切跟踪国内外抗菌材料的最新发展方向，在无机抗菌剂、有剂抗菌剂、光触媒抗菌剂等领域形成全方位开发的势头并已开始少量上市，其中不乏创新的技术路线。例如，用纳米无机粒子载带银等金属离子，纳米级的二氧化钛光触媒等均是利用具有国际先进水平的材料学基础来研制开发的抗菌剂。

目前，随着纳米技术的发展促进了抗菌技术的革命，利用纳米技术在塑料中添加少量的纳米无机抗菌剂即可制得高效的抗菌塑料。这种新型的抗菌塑料使塑料制品除保持原有应用性能之外，还具有优异的纳米材料特性和抗菌功能。[3]在塑料制品被广泛应用的今天，无疑具有重要的意义。小鸭电器集团也把纳米抗菌材料应用于洗衣机等家电。上海维安新型建筑材料有限公司将纳米材料、抗菌剂、树脂制成纳米级有机抗菌塑料母料，应用于自产的PP-R管，该产品的抗菌性能经上海市预防医学研究院检测，抑菌持久性高，对革兰氏阴阳性细菌的抑菌率超过91%。青岛化工学院纳米材料研究所也成功开发了纳米抗菌塑料。[4]

3 抗菌塑料中抗菌剂的种类及抗菌机理

塑料抗菌剂是一种新型塑料添加剂，添加少量塑料抗菌剂可赋予塑料长期的抗菌和杀菌能力。一般可将抗菌剂分为有机系抗菌剂、无机系抗菌剂和天然系抗菌剂三大类。

有机抗菌剂主要是有机酸、酚、醇等，他的短期抗菌效果明显，尤其抗真菌效果非常好。但由于有机物大多具有一定的挥发性，在加工过程中会产生刺激性气味，容易对皮肤和眼睛等造成刺激和损伤等，且耐热性差，易水解，使用寿命短。天然系抗菌剂受到安全和生产的制约，也尚未大规模市场化。无机抗菌剂在使用安全性、持久性、抗菌性和耐热性等方面都优于有机抗菌剂和天然抗菌剂。由于无机抗菌剂具有这样的许多优点及塑料制品要求的成型条件通常在200℃左右的高温，且要经受强烈的机械剪切加工。因此，在塑料制品中使用无机抗菌剂要比使用有机抗菌剂好得多。[5]

3.1 无机抗菌剂

无机类抗菌剂多为金属离子类抗菌剂，由无机物载体和抗菌成分组成。利用银、铜、锌等金属本身所具有的抗菌能力，通过物理吸附或离子交换等方法，将银、铜、锌等金属(或其离子)固定在沸石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到制品中就可获得具有抗菌性的材料。

3.1.1 载银抗菌剂

无机抗菌剂中银系抗菌剂占据着主导地位。Ag是一种广谱的抗菌剂。然而，银的抑菌机理直到现在还不很清楚。目前对银的抗菌机理有两种观点：(1)银离子接触反应,造成微生物共有成分破坏或产生阻碍。当微量银离子到达微生物细胞膜时,因后者带有负电荷,依靠库仑引力,使二者牢固吸附,银离子穿透细胞壁进入细胞内,使蛋白质凝固,破坏细胞合成酶的活性,细胞丧失分裂增殖能力而死亡。同时,银离子也能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统、物质传送系