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在生活中,很多肉眼看不见的致病微生物如病毒、细菌、真菌等时刻影响着我们的生活,甚至是威胁着人们的身体健康。如2019年年尾爆发并延续至今的新冠病毒就是一个典型案例,一个新变异的RNA生物,连细胞大小都没有,却能危及全球,严重危害到了几亿人的健康与生活,让世界陷入恐慌,由此可见,致病微生物给人们生活带来的影响不容忽视。
于是,人们开始了不断探索抗菌方面的研究,在工程塑料行业也更是数不胜数。广泛应用于农业、工业、建筑、包装、国防等领域,日常生活中的家电电器、电冰箱等大部分都要求用到抗菌塑料,日本的马桶盖全是用的抗菌塑料注塑成型的。
目前市场中所用到的抗菌剂可以分为以下四类:无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂。
无机抗菌产品主要有两种,一种是添加纳米级的含银粒子、银的化合物进行复配,另一种则是添加含铜子或者含铜的化合物等进行复配,使工程塑料尼龙具有抗菌功能等。中国发明专利CN 103073883公开了通过添加纳米氧化银复配得到抗菌尼龙6塑料,可以起到杀菌的效果。但是银是重金属物质,长期使用于与皮肤直接接触的产品中,当银在人体达到一定积累量时,容易引起重金属中毒。
有机抗菌剂季铵盐类抗菌剂用于尼龙材料中,虽然也能起到抗菌效果,但是效果并不明显,有积累抗菌剂在高温条件下极不稳定,而塑料在注塑或者挤出工艺中常常需要高达200多度的高温,在这样的条件下,有机抗菌剂便黯然失色。此外,有机抗菌剂具有一定的毒性,大多用于农药生产,不宜用于塑料制件中。
天然抗菌剂:丁香酚或异丁香酚是一种从植物中提取的天然产物,具有很强的杀菌效果,而且在一定加工条件下,能达到和阿维菌素、伊维菌素等杀菌功效,具有低毒环保,无害的杀菌功效。有实验数据证明:0.5%的丁香酚水凝珠胶对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌和白色念球菌和他们的混合菌都具有强烈的杀灭作用。不过,与其他有机抗菌剂一样,丁香酚或异丁香酚的耐热性比较差,在100℃的温度下就会大量挥发,用在塑料加工领域的可操作性要求比较高,很难实现。
新型耐高温抗菌塑料母粒则是兼顾材料成本与杀菌效果而生成的配方与制作方法。原料成分主要为25-50份氧化锌,10-15份负载铜粉(银粉同样具有杀菌效果,但是成本比较高,如果条件允许的话,可将5份银粉来替换铜粉),0.2-0.5份偶联剂,100份树脂载体。这样生产的塑料抗菌母粒,具有广谱抗菌效果,可用于生产连接器、门把手、电子电器外壳,油箱盖等塑料制件中。
此外,纳米级氧化锌也可以用于抗菌塑料中,具有低成本、抗菌性能佳的优势,纳米氧化锌是一种宽紧带2-8族化合物半导体材料,具有规整的六角形铅锌矿结构,且尺寸小,比表面积大,表现出非常高的化学活性,因其在紫外线光照下具有优异的光催化活性,能够分解有机物质,从而可起到抗病菌和除臭的作用,相对于有机物类抗菌剂来说,纳米氧化锌无毒且价格低廉,是一种优异的塑料抗菌剂。