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塑料用抗菌剂的加工和使用要求

塑料用抗菌剂的加工和使用要求

塑料用抗菌剂不仅需要具有高效、广谱的抗菌性能,抗菌持续性好,保持抗菌塑料能长期抗菌;无毒无异味,对制品和环境无污染;同塑料有相容性,配伍好,对塑料制品的性能没有不良影响;颜色稳定性好,在保存和使用过程中不变色;有良好的化学稳定性,耐酸、碱和化学药品;有较低廉的价格,使用后不会大幅度地提高材料的成本;还必须充分考虑到塑料加工过程中高温、高热、强剪切等苛刻条件对抗菌剂的影响,要求抗菌剂具备高的热稳定性,在塑料挤出和加工过程中不分解、不变质。目前,抗菌剂包括无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂等4大类。尽管抗菌剂数目很大(以日本为例,抗菌、防霉剂的原药品种500种,制剂约700种,主要是有机抗菌剂,但只有不多的抗菌剂能满足抗菌塑料及其制品的加工和使用要求。

无机抗菌剂是抗菌塑料中应用最广泛、市场潜力最大的新型抗菌剂。它是利用银、铜、锌、钛等金属及其离子的杀菌和抑菌性而制得的一类抗菌剂。人类早就发现了银、铜、锌金属及其化合物具有杀菌功能,早在4000多年前,印度就用铜壶储水消毒,公元前5世纪的古希腊战士用银器盛水直接饮用。在临床医学上,使用AgNO溶液或胶态银处理伤口,用硫胺嘧啶银抗真菌、抑制病毒等也早有应用。但最早明确提出Ag离子可以杀菌的是1893年瑞士的植物学家拉克林,他发现10—8mol/L浓度的Ag离子就可以杀灭藻类。随后人们发现铜、锌等金属离子也有抗菌性能。在所有的金属离子中,银离子的抗菌性能最强,所以经常使用的主要是银离子及其化合物。1980年代初,日本科学家开始将银化合物直接添加到树脂中,用无机抗菌剂制成了抗菌塑料。但直接添加银盐制备的抗菌塑料性能明显下降,颜色变黑,接触水时As’易析出,抗菌有效期短,应用价值低。后来采用多孔结构、能牢固负载金属离子的材料,或能与金属离子形成稳定的螯合物的材料载带金属离子,如活性炭。目前,无机抗菌剂多以沸石、硅灰石、绿泥石、陶土、陶瓷、不溶性磷酸盐、可溶性玻璃等物质作载体负载银等金属离子制成抗菌剂,抗菌广谱、耐热温度高、长效、安全,在抗菌材料中应用优势明显,是最有发展前途的塑料、化纤、陶瓷用抗菌剂。    

与无机抗菌剂相比,有机抗菌剂在工业应用方面尽管开发得早,但在塑料等抗菌材料中的应用却大受限制。不过,有机抗菌剂在某些塑料中有着自己的应用特点,如有机抗菌剂的有效抗菌速度要比无机抗菌剂快,防霉效果较好,添加在塑料中的工艺可操作性要比无机抗菌剂好,在储存和使用过程中颜色稳定性也比无机抗菌剂强。因此有机抗菌防霉剂在抗菌塑料的应用中占有一定的地位。

天然抗菌剂是人类使用最早的抗菌剂,埃及金字塔中木乃伊包裹布使用的树胶便是天然抗菌剂。目前最常用的天然抗菌剂是壳聚糖(几丁质)。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰基化反应而来。甲壳素存在于昆虫的外壳和真菌的细胞壁中,自然界每年甲壳素的合成量达几十亿吨,是自然界第二大天然高分子材料。昆虫的外壳通过酸洗除去无机钙质,通过稀碱煮除去蛋白质便得到甲壳素。甲壳素在浓碱中进行脱乙酰化反应,得到壳聚糖。天然抗菌剂的热稳定性差、添加量大,是限制其在塑料中大量应用的主要原因。

高分子抗菌剂也称抗菌高分子,是将高分子本身抗菌化,如将抗菌基团单体共聚在高分子链中,或在高分子链上接枝抗菌基团,在开发和应用方面尚处于起步阶段。

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