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抗菌塑料的研发及应用进展（2013年）

       近年来，随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，人们应用抗菌剂研发出抗菌材料和抗菌制品，使其带有“抗菌卫生”的自洁功能。从国内外抗菌材料的发展情况来看，抗菌塑料是发展较快、应用广范的抗菌材料，这与塑料等合成树脂的迅速发展是密切相关的[1]。抗菌塑料于20世纪80年代兴起，并于20世纪90年代迅速发展起来[2]。抗菌塑料是一种新型功能材料，已广泛应用于家电、食品包装、文化用品、厨卫用品、汽车配件等多个领域，具有杀菌时效长、经济、使用方便等特点[3]。发展和研究具有抗菌性能的新型塑料制品，对于改善人们的生活环境、减少疾病发生率、保护人类身体健康等方面都具有十分重要的现实意义[4]。
1 塑料用抗菌剂的种类
       抗菌剂是对一些细菌、霉菌、真菌、酵母菌等微生物高度敏感的化学成分[5]，在塑料中的添加量很少，但能在保持塑料常规性能和加工性能不变的前提下，起到杀菌的功效，对塑料制品的发展起着十分重要的作用[6]。塑料抗菌剂是一种新型塑料添加剂，添加少量抗菌剂就可赋予塑料长期的抗菌和杀菌功效[7]。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；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的高温、高热、强剪切等苛刻条件下对抗菌剂的影响，要求抗菌剂具备高的热稳定性，在塑料加工中不分解、不变质[1]。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四大类。尽管抗菌剂种类很多（以日本为例，抗菌、防霉剂的原药品种约500种，制剂约700种，主要是有机抗菌剂），但只有为数不多的抗菌剂能够满足抗菌塑料及其制品的加工和使用要求[1]。
       壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，是目前最常用的天然抗菌剂，其性质稳定，具有巨大的开发潜力。刘俊龙等[8]采用水相悬浮聚合法制备了接枝壳聚糖，通过红外光谱、XRD及扫描电镜分析证明了甲基丙烯酸甲酯单体接枝到壳聚糖分子上，采用机械共混法制备了以低密度聚乙烯（LDPE）为基体的抗菌塑料，并通过定量抗菌实验对抗菌塑料抗菌活性进行了测定。结果表明：改性壳聚糖与树脂间具有很好的相容性；抗菌剂添加量为3份时，抗菌塑料对大肠杆菌、枯草杆菌在24 h、48 h的抗菌率超过90%。此外，抗菌剂的加入对材料力学性能无不良影响。邓玉明等[9]研究了纳米TiO2抗菌剂的改性及在抗菌塑料中的应用，通过掺杂金属或非金属的方法能显著提高TiO2在可见光下的光催化活性，提高TiO2抗菌剂在可见光范围内的杀菌能力。该改性抗菌剂与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等高分子材料有较好的相容性，将其制备成抗菌塑料，具有长效广谱的抗菌效果，安全稳定，实施方便，在净化环境方面具有广阔的应用前景。

2 抗菌塑料的性能
        应用抗菌剂制得的抗菌塑料首先要保持塑料的基本性能。抗菌塑料的常规物理力学性能，如熔体流动速率、拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度、色度、表面粗糙度等均按国家有关塑料测试标准和产品标准执行。抗菌剂和抗菌塑料还要达到规定的卫生安全性，抗菌塑料制品无毒、无异味、对环境无害。在抗菌剂和抗菌塑料的应用中，抗菌性是其特殊的功能，要求高效、广谱、长效，在相关环境中适用[1]。陈旭等[10]研究了无机金属离子/纳米TiO2抗菌剂和有机季铵盐抗菌剂对加入稀土β-成核剂的无规共聚聚丙烯（PPR）复合材料抗菌性能、力学性能和结晶性能的影响。结果表明：抗菌剂的加入明显地提高了PPR的抗菌能力，且无机抗菌剂的作用效果要优于所选取的有机季铵盐抗菌剂，但其对于基体力学性能的影响也较大。无机抗菌剂的用量在6~10份时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到93.8%~99.2%、91.7%~98.2%；有机季铵盐抗菌剂用量在2.5份时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到91%、91.4%。



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