塑料用抗菌劑的分類及各自特點(diǎn)
2015-12-25 09:07:55
塑料用抗菌劑不僅需要具有高效、廣譜的抗菌性能，抗菌持續(xù)性好，保持抗菌塑料能長(zhǎng)期抗菌；無毒無異味，對(duì)制品和環(huán)境無污染；同塑料有相容性，配伍好，對(duì)塑料制品的性能沒有不良影響；顏色穩(wěn)定性好，在保存和使用過程中不變色；有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、堿和化學(xué)藥品；有較低廉的價(jià)格，使用后不會(huì)大幅度地提高材料的成本；還必須充分考慮到塑料加工過程中高溫、高熱、強(qiáng)剪切等苛刻條件對(duì)抗菌劑的影響，要求抗菌劑具備高的熱穩(wěn)定性，在塑料擠出和加工過程中不分解、不變質(zhì)。目前，抗菌劑包括無機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑和高分子抗菌劑等4大類。盡管抗菌劑數(shù)目很大(以日本為例，抗菌、防霉劑的原藥品種500種，制劑約700種，主要是有機(jī)抗菌劑，但只有不多的抗菌劑能滿足抗菌塑料及其制品的加工和使用要求。
無機(jī)抗菌劑是抗菌塑料中應(yīng)用最廣泛、市場(chǎng)潛力最大的新型抗菌劑。它是利用銀、銅、鋅、鈦等金屬及其離子的殺菌和抑菌性而制得的一類抗菌劑。人類早就發(fā)現(xiàn)了銀、銅、鋅金屬及其化合物具有殺菌功能，早在4000多年前，印度就用銅壺儲(chǔ)水消毒，公元前5世紀(jì)的古希臘戰(zhàn)士用銀器盛水直接飲用。在臨床醫(yī)學(xué)上，使用AgNO溶液或膠態(tài)銀處理傷口，用硫胺嘧啶銀抗真菌、抑制病毒等也早有應(yīng)用。但最早明確提出Ag離子可以殺菌的是1893年瑞士的植物學(xué)家拉克林，他發(fā)現(xiàn)10—8mol／L濃度的Ag離子就可以殺滅藻類。隨后人們發(fā)現(xiàn)銅、鋅等金屬離子也有抗菌性能。在所有的金屬離子中，銀離子的抗菌性能最強(qiáng)，所以經(jīng)常使用的主要是銀離子及其化合物。1980年代初，日本科學(xué)家開始將銀化合物直接添加到樹脂中，用無機(jī)抗菌劑制成了抗菌塑料。但直接添加銀鹽制備的抗菌塑料性能明顯下降，顏色變黑，接觸水時(shí)As’易析出，抗菌有效期短，應(yīng)用價(jià)值低。后來采用多孔結(jié)構(gòu)、能牢固負(fù)載金屬離子的材料，或能與金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物的材料載帶金屬離子，如活性炭。目前，無機(jī)抗菌劑多以沸石、硅灰石、綠泥石、陶土、陶瓷、不溶性磷酸鹽、可溶性玻璃等物質(zhì)作載體負(fù)載銀等金屬離子制成抗菌劑，抗菌廣譜、耐熱溫度高、長(zhǎng)效、安全，在抗菌材料中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，是最有發(fā)展前途的塑料、化纖、陶瓷用抗菌劑。
與無機(jī)抗菌劑相比，有機(jī)抗菌劑在工業(yè)應(yīng)用方面盡管開發(fā)得早，但在塑料等抗菌材料中的應(yīng)用卻大受限制。不過，有機(jī)抗菌劑在某些塑料中有著自己的應(yīng)用特點(diǎn)，如有機(jī)抗菌劑的有效抗菌速度要比無機(jī)抗菌劑快，防霉效果較好，添加在塑料中的工藝可操作性要比無機(jī)抗菌劑好，在儲(chǔ)存和使用過程中顏色穩(wěn)定性也比無機(jī)抗菌劑強(qiáng)。因此有機(jī)抗菌防霉劑在抗菌塑料的應(yīng)用中占有一定的地位。
天然抗菌劑是人類使用最早的抗菌劑，埃及金字塔中木乃伊包裹布使用的樹膠便是天然抗菌劑。目前最常用的天然抗菌劑是殼聚糖(幾丁質(zhì))。殼聚糖是由甲殼素經(jīng)脫乙酰基化反應(yīng)而來。甲殼素存在于昆蟲的外殼和真菌的細(xì)胞壁中，自然界每年甲殼素的合成量達(dá)幾十億噸，是自然界第二大天然高分子材料。昆蟲的外殼通過酸洗除去無機(jī)鈣質(zhì)，通過稀堿煮除去蛋白質(zhì)便得到甲殼素。甲殼素在濃堿中進(jìn)行脫乙酰化反應(yīng)，得到殼聚糖。天然抗菌劑的熱穩(wěn)定性差、添加量大，是限制其在塑料中大量應(yīng)用的主要原因。
高分子抗菌劑也稱抗菌高分子，是將高分子本身抗菌化，如將抗菌基團(tuán)單體共聚在高分子鏈中，或在高分子鏈上接枝抗菌基團(tuán)，在開發(fā)和應(yīng)用方面尚處于起步階段。
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