抗菌剂

1.抗菌的含义
抗菌方法可分为物理方法和化学方法两类。

物理方法是通过温度、压力以及使用环境的电磁波、电子射线等物理手段杀菌；化学方法则是通过调节pH值进行气体交换、失水隔离营养源等手段灭菌。

而目前在材料领域使用的方法主要是通过添加抗菌剂的办法来达到抗菌的效果，这种方法均有适用面广、效率高、有效期长的特点。

2.抗菌剂分类
抗菌剂大体上可分为无机系、有机系和天然生物系3大类。

表1 微生物抑制相关用语
2.1无机抗菌剂
利用银、铜、锌等金属的抗菌能力，通过物理吸附离子交换等方法，将银、铜、锌等金属（或其离子）固定在氟石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料。

水银、镉、铅等金属也具有抗菌能力，但对人体有害；铜、镍、钻等离子带有颜色，将影响产品的美观，锌有一定的抗菌性，但其抗菌强度仅为银离子的 1/1000 。

因此，银离子抗菌剂在无机抗菌剂中占有主导地位。

银离子类抗菌剂是最常用的抗菌剂，呈白色细粉末状，耐热温度可达1300℃以上。

银离子类抗菌剂的载体有磷酸锆、沸石、陶瓷、活性炭等。

有时为了提高协同作用，再添加一些铜离子、锌离子。

此外还有氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂等无机抗菌剂。

银系抗菌剂的种类及其载体性质
抗菌剂有效成分载体性质抗菌能力
银---氟石银离子离子交换强
银---活性炭银离子吸附弱
银---磷酸铜银离子离子交换强
银---磷酸钙银离子//银吸附弱
银---硅胶银配位化合物吸附弱
银---溶解性玻璃银盐玻璃成分弱
银---多孔金属银离子//银吸附弱
目前，对抗菌剂的要求包括：（A）抗菌剂能力及光谱抗菌性；（B）持效性，既耐洗涤、耐磨损、寿命长；（C）耐侯性、既耐热、耐日照、不宜分解失效；（D）与基材的相容性或可加工性，既易添加到基材中、不变色、不降低产品使用价值或美感；（E）安全性，对健康无害，不造成对环境的污染；（F）细胞不易产生耐药性
2.1.1无机系抗菌材料：
无机系抗菌材料的抗菌方式，一种是利用金属本身（如Ag、Cu等）所具有的抗菌能力，通过物理吸附或离子交换等方法，将金属（或其离子）或具有锐钛矿型结构的二氧化钛（TiO2）光触媒材料固定在沸石、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以获得具有抗菌性的材料，其制品有各种复合抗菌塑料、抗菌复合钢板等。

另一种是利用具有抗菌作用的金属，使其固溶在一般不锈钢中，再通过特殊热处理方法，使具有抗菌作用的金属从基体中析出，这样在不锈钢表面就有了抗菌性。

这种不锈钢也可以被称为抗菌不锈钢，目前抗菌不锈钢的研制与开发是抗菌材料的热点。

2.1.2抗菌不锈钢：
金属离子都具有强弱不同的抗菌效果，其中抗菌性大小排序为：
Hg>Ag>Cd>Cu>Zn>Fe>Ni等，但是仅仅具有抗菌性是不够的，还要求其不要对人体造成伤害，而金属离子的安全性排序为：Ag>Co>Ni>Al>Zn>Cu=Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca，所以就安全性和抗菌性共同考虑的结果，以Ag离子最好，其次是Cu系和Zn系，因此以无机化合物为载体的这3种无机抗菌剂获得了广泛的应用。

研究证明在金属材料中加入抗菌金属元素，会得很好的抗菌效果，并且该抗菌材料易于加工、性能优良。

2.1.2.1加铜抗菌不锈钢
加铜抗菌不锈钢是通过在传统不锈钢是添加含量不等的金属铜，并在制造过程中，采取特殊的热处理，从而使不锈钢自表面到内部均匀的弥散微细的铜析出物ε－Cu（这种不锈钢的抗菌方法中科院金属研究小组已经摸索出来，并且抗菌效果很好）。

2.1.2.2加银抗菌不锈钢
无机系加银抗菌钢的发展，银系抗菌剂杀菌的机理目前还不是很清楚，比较流行的观点是接触杀菌。

当银系抗菌剂与细菌等接触时，微量的银渗透到细菌体内，与细菌体内的蛋白质发生作用，使其代谢受阻以达到抗菌目的。

银系抗菌剂适用范围十分广泛，可通过各种加工方法，与不同的聚合物进行混合制成纤维、塑料、涂料等。

由于银系抗菌剂的抗菌主要是接触杀菌，因此，表面Ag的分散性好坏直接影响着制品的抗菌性能。

另外，加铜抗菌不锈钢需要采取一定的热处理，促使ε-Cu相的析出以确保其抗菌性。

然而加银抗菌不锈钢则不需要这样的热处理，其力学性能几乎无异于不加银的不锈钢，耐蚀性也无变化。

2.2有机抗菌剂
有机抗菌剂的主要品种有香草醛或乙基香草醛类化合物，常用于聚乙烯类食品包装膜中，起抗菌作用。

另外还有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等。

目前有机抗菌剂的安全性尚在研究中。

一般来说有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短。

有机系抗菌剂的种类及应用：
有机系抗菌剂的选用除使用的安全性以外，还存在耐热性差、易水解，使用寿命短等问题。

因此对有机抗菌剂的开发和研制要全面考虑抗菌剂的抗菌能力与材料复合的兼容性、药效持久性、化学的稳定性因素。

2.3天然生物系抗菌剂
以天然原材料作为抗菌剂的抗菌方法，现主要采用的天然抗菌剂是壳聚糖。

壳聚糖是以甲壳素为原材料，在浓碱中脱去乙酰氨基而得到的可溶于水聚氨基葡萄糖。

目前已知其具有保湿、抗菌等多种功能，该天然抗菌剂已在许多领域被使用，例如：其作为肥料和土壤改良剂，可促进植物生长，提高免疫力和增强个体功能；作为医疗材料，可对创伤冶疗有促进效果和止血功能，另外，壳聚糖对肠胃细菌活性、胆固醇含量的增加具有抑制功能，因此也被用作保健食品。

但是，大多天然生物抗菌剂受到安全性和加工条件的制约，目前还不能实现大规模市场化。

3.新型无机抗菌剂
3.1载银玻璃抗菌剂WA291
机抗菌剂W A291应用广泛、广谱抗菌、安全性好，目前已成为塑料行业使用较广的抗菌剂之一，在我国的许多冰箱厂已开始使用。

WA291包括B2O3 和P2O5。

WA291除广泛应用于家电制品、纤维制品及水处理外，还可用于文具和玩具类如圆珠笔、纸、电脑等；日用品类如扶手、污物筒、菜板等；建材类如涂料、灰浆、壁纸等；陶瓷类如玻璃杯、卫生瓷材等
3.2 银系无机抗菌剂HN—300
HN—300是中科院泰兴材料厂于1997年开发的以磷酸复盐为载体的银系无机抗菌剂，其特点为：①高效广谱抗菌，可防止环境中的细菌、霉菌和藻类生成，用量只是其他无机抗菌剂的一半。

②与树脂相容性优于沸石型、硅胶型抗菌刘。

③高透明性。

由于HN—300
的特殊结构与超细颗粒，因此应用于透明制品中不影响透明性。

④耐高温。

HN—300能耐1300℃以上高温，且性质不受影响。

⑤化学稳定性。

在较宽pH范围内化学性质稳定，且能经受阴离子表面活性剂多次洗涤，抗菌力不下降。

⑥超低毒性，LD50值远大于其他无机抗菌剂。

HN—300具有广阔的应用领域，在塑料、化纤、陶瓷、涂料、造纸等领域均有很好的应用实例。

添加0．2％本品的PP超滤膜，不影响其通透性，但对藻类的繁殖具有良好的抑制力。

再如HN—300应用于涂料中，每平方米涂层含1g HN—300就起到优异的抗菌、防霉效果。

3.3无机抗菌剂NR
NR是广州NCM公司经研究推出的新型无机抗菌剂。

它是以银和锌为活性物质，离子交换树脂作载体，它具有广谱抗菌、抗菌长效、低毒性、与塑料和纤维有优异的相容性、优异的热稳定性、优良的化学稳定性及优异的耐候性。

NR抗菌剂的应用领域包括纤维、塑料、涂料和纺织品等方面。

如含l％NR-的PP树脂，纺成90旦的纤维，经检测，其杀菌率达99．9％，而纤维的强度仍得到保持；经阴离子洗涤剂洗涤10次，其抗菌效果不会下降。

3.4银系抗菌剂Micro Free
Micro Free是美国杜邦公司推出的新型粉末型抗菌剂AMP，能满足在使用纤维、塑料、化妆品和薄膜制品时的抗菌需要。

AMP是利用一种独特的核微粒——外壳结构，使核微粒被一层特别的抗菌涂层包裹着，用于抑制微生物的繁殖。

核微粒有效地增加了活性组分的表面积，从而减少了填料的用量。

保护涂层能控制活性组分的释放速率，从而提供适当的抗菌水平和保持抗菌的持久性。

核微粒可以是二氧化钛、硫酸钡或氧化锌。

二氧化钛用于不透明体系，硫酸钡用于透明体系，氧化锌用于提高抗真菌活性。

抗菌涂层可为银、氧化铜和硅酸锌。

银用于抗细菌，氧化铜、硅酸锌用于抗真菌。

3.5 Zeomic抗菌剂
Zeomic是载银沸石、载银锌沸石、载银铜沸石类无机抗菌剂的商品代号。

由含1％—3％Zeomic的40％—85％棉，15％—60％聚酯粗纤维制成的抗菌抹布与拖布；由PET、Zeomic(2％)、己二酸、二甘醇等捏合，纺织制成毛毡、牙刷、毛巾、窗帘和手术线；用Zeomic、防水硅油和PVC可制成抗菌卫生管和淋浴管等。

3.6 纳米无机抗菌剂
（1）本身是有抗菌活性的金属纳米氧化物，以TiO2,ZnO为代表，它们在紫外线照射下，在水和空气中产生活性氧，具有很强的化学活性，能与多种有机物发生反应，从而把大多数病菌和病毒杀死。

因而可将它们应用于制作抗菌纤维、抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌建筑材料等。

（2）以银锌的复合为主抗菌体，以超细TiO2和SiO2等为载体，由于超细纳米级粉体的颗粒特殊效应，大大提高了整体的抗菌效果，使耐温性、粉体细度、分散性和功能效应都得到了充分发挥。

如舟山明日纳米材料有限公司开发的纳米复合银系抗菌粉MFS350
以纳米SiO2为主要原料，其平均粒径小于90 nm，具有高效快速、持久、抗菌谱广等特点，可广泛用于化纤、塑料用品、涂料、水处理、化妆品等各领域。

浙江丽水金地亚纳米材料有限公司开发的MOD纳米高性能无机抗菌剂，是结合了光催化抗菌技术、金属离子抗菌技术和纳米制备技术而开发出的一种新型无机抗菌剂，MOD纳米高性能无机抗菌剂由于具有杀死和阻止细菌发育，防止各种微生物生长的功能，更兼抗菌作用的持久性和安全性，目前已在建筑卫生陶瓷、家用电器、纤维、涂料等方面得到广泛的应用。

4.抗菌剂测试
抗菌剂抗菌性能的测试分定性和定量两种，根据AATCC标准，定性分析采用AATCC 147，定量分析采用AATCC 100。

常用测试菌种为：金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌、克莱伯氏菌（革兰氏阴性菌）、白色念珠菌等；
AATCC 美国纺织化学师与印染师协会标准
美国纺织化学师与印染师协会（American Association of Textile Chemists and Colorists，简称AATCC）是辨别与分析纺织品的色牢度、物理性能和生物性能的非官方机构。

AATCC 的职责是采用标准化办法普及纺织品染料和化学物质的深层知识，AATCC标准广泛应用于，其适用范围为：
1. 纺织产品化学性能
2. 纺织品研究测试方法
AATCC有3个专门小组，其名称和使命分别为：
<1>化学应用专门小组：增强和扩大有关化学品（前处理助剂、染料、整理剂、聚合物等）在材料上应用的知识基础，重点放在对技术、设备、系统和所使用工艺的研究及对经过处理的材料的物理/机械性能的测试；
<2>由概念到消费者（Concept 2 Consumer,C2C）专门小组：增强和扩大AATCC在零售、营销和设计领域的知名度，从而扩大会员人数和参加AATCC和C2C活动的人数。

2005年，AATCC收购了美国纺织品计算机设计应用协会（CITDA）的部分资产，使CITDA 的活动成为C2C的一部分；
<3>材料专门小组：增强和扩大开发与纤维/纤维产品行业相关创新材料的知识基础。

通常是通过对现有结构的改进及/或创造物质新成分进行开发。

新材料可以是化学品（前处理助剂、染料、整理剂、聚合物等），也可以是物理结构材料（纤维、织物、地毯、非织造布等），重点放在用来创造这些材料的科学和工程设计上，以及使它们实现商业化生成的相关技术、设备、系统和工艺，包括对它们物理/机械性能的测试。

AATCC在制订国际性纺织行业测试方法方面扮演着重要角色。

目前，ISO标准中关于色牢度和物理性能的测试大部分与AATCC有关。

自1920年代起，AATCC代表ANSI一直与英国BSI一起作为管理有关染色纺织品和染料的ISO TC 38/SC1测试方法的联合秘书处，并作为ISOTC 38/SC2——清洗、整理和防水测试方法的秘书处。