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抗菌塑料的研發及應用進展（2013年）

       近年來，隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強，人們應用抗菌劑研發出抗菌材料和抗菌制品，使其帶有“抗菌衛生”的自潔功能。從國內外抗菌材料的發展情況來看，抗菌塑料是發展較快、應用廣范的抗菌材料，這與塑料等合成樹脂的迅速發展是密切相關的[1]。抗菌塑料于20世紀80年代興起，并于20世紀90年代迅速發展起來[2]。抗菌塑料是一種新型功能材料，已廣泛應用于家電、食品包裝、文化用品、廚衛用品、汽車配件等多個領域，具有殺菌時效長、經濟、使用方便等特點[3]。發展和研究具有抗菌性能的新型塑料制品，對于改善人們的生活環境、減少疾病發生率、保護人類身體健康等方面都具有十分重要的現實意義[4]。
1 塑料用抗菌劑的種類
       抗菌劑是對一些細菌、霉菌、真菌、酵母菌等微生物高度敏感的化學成分[5]，在塑料中的添加量很少，但能在保持塑料常規性能和加工性能不變的前提下，起到殺菌的功效，對塑料制品的發展起著十分重要的作用[6]。塑料抗菌劑是一種新型塑料添加劑，添加少量抗菌劑就可賦予塑料長期的抗菌和殺菌功效[7]。塑料用抗菌劑不僅需要具有高效、廣譜的抗菌性能，抗菌持續性好，保持抗菌塑料能長期抗菌；無毒無異味，對制品和環境無污染；同塑料有相容性，配伍好，對制品的性能沒有不良影響；顏色穩定性好，在保存和使用過程中不變色；有良好的化學穩定性，耐酸、堿和化學藥品；較低廉的價格，使用后不會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的高溫、高熱、強剪切等苛刻條件下對抗菌劑的影響，要求抗菌劑具備高的熱穩定性，在塑料加工中不分解、不變質[1]。抗菌劑包括無機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑和高分子抗菌劑等四大類。盡管抗菌劑種類很多（以日本為例，抗菌、防霉劑的原藥品種約500種，制劑約700種，主要是有機抗菌劑），但只有為數不多的抗菌劑能夠滿足抗菌塑料及其制品的加工和使用要求[1]。
       殼聚糖是甲殼素的脫乙酰化產物，是目前最常用的天然抗菌劑，其性質穩定，具有巨大的開發潛力。劉俊龍等[8]采用水相懸浮聚合法制備了接枝殼聚糖，通過紅外光譜、XRD及掃描電鏡分析證明了甲基丙烯酸甲酯單體接枝到殼聚糖分子上，采用機械共混法制備了以低密度聚乙烯（LDPE）為基體的抗菌塑料，并通過定量抗菌實驗對抗菌塑料抗菌活性進行了測定。結果表明：改性殼聚糖與樹脂間具有很好的相容性；抗菌劑添加量為3份時，抗菌塑料對大腸桿菌、枯草桿菌在24 h、48 h的抗菌率超過90%。此外，抗菌劑的加入對材料力學性能無不良影響。鄧玉明等[9]研究了納米TiO2抗菌劑的改性及在抗菌塑料中的應用，通過摻雜金屬或非金屬的方法能顯著提高TiO2在可見光下的光催化活性，提高TiO2抗菌劑在可見光范圍內的殺菌能力。該改性抗菌劑與聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等高分子材料有較好的相容性，將其制備成抗菌塑料，具有長效廣譜的抗菌效果，安全穩定，實施方便，在凈化環境方面具有廣闊的應用前景。

2 抗菌塑料的性能
        應用抗菌劑制得的抗菌塑料首先要保持塑料的基本性能。抗菌塑料的常規物理力學性能，如熔體流動速率、拉伸強度、拉伸模量、斷裂伸長率、缺口沖擊強度、彎曲強度、彎曲模量、硬度、色度、表面粗糙度等均按國家有關塑料測試標準和產品標準執行。抗菌劑和抗菌塑料還要達到規定的衛生安全性，抗菌塑料制品無毒、無異味、對環境無害。在抗菌劑和抗菌塑料的應用中，抗菌性是其特殊的功能，要求高效、廣譜、長效，在相關環境中適用[1]。陳旭等[10]研究了無機金屬離子/納米TiO2抗菌劑和有機季銨鹽抗菌劑對加入稀土β-成核劑的無規共聚聚丙烯（PPR）復合材料抗菌性能、力學性能和結晶性能的影響。結果表明：抗菌劑的加入明顯地提高了PPR的抗菌能力，且無機抗菌劑的作用效果要優于所選取的有機季銨鹽抗菌劑，但其對于基體力學性能的影響也較大。無機抗菌劑的用量在6~10份時，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率分別達到93.8%~99.2%、91.7%~98.2%；有機季銨鹽抗菌劑用量在2.5份時，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率分別達到91%、91.4%。



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